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Química II 2007 Centro de Desarrollo Educativo [CDE] [Acuerdo No. MSB120051404 de Fecha 15 de Marzo 2005] [C.T. 14PBJ0076Z]

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SECRETARÍA DE EDUCACIÓN JALISCO

COORDINACIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR, SUPERIOR Y TECNOLÓGICA

DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR

DIRECCIÓN DEL BACHILLERATO EN LA MODALIDAD INTENSIVA

SEMIESCOLARIZADA

Guadalajara, Jalisco Julio de 2007

QUÍMICA II

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SECRETARÍA DE EDUCACIÓN JALISCO QUÍMICA II

DIRECTORIO SECRETARIO DE EDUCACIÓN JALISCO

LIC. MIGUEL ÁNGEL MARTÍNEZ ESPINOSA

COORDINADOR DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR, SUPERIOR Y TECNOLÓGICA

LIC. EDUARDO DÍAZ BECERRA

DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR MTRO. JOSÉ MANUEL BARCELÓ MORENO

DIRECCIÓN DEL BACHILLERATO EN LA MODALIDAD

INTENSIVA SEMIESCOLARIZADA MTRA. DIMNA SILVIA GONZÁLEZ HERNÁNDEZ

PROYECTOS ACADÉMICOS DE LA DIRECCIÓN GENERAL

DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR PROFR. JUAN ANTONIO JIMÉNEZ GONZÁLEZ

Academia: Porfirio Rafael Pérez Cisneros

Alejandro Gaona Andalón José Joaquín Sánchez Sánchez Víctor Manuel Martínez Martínez

Ma. Rosaisela Ibarra Moreno

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ÍNDICE 1. Estequiometría

Bases de la estequiometría. Reacciones químicas y estequiometría. Reactivo limitante.

2. La contaminación del aire. Origen. Contaminantes primarios y secundarios. Inversión térmica. Esmog. Lluvia ácida. La contaminación del agua. Uso Urbano. Uso Industrial.

3. Sistemas dispersos.

Mezclas homogéneas y heterogéneas. Métodos de separación de mezclas. Disoluciones, coloides y suspensiones. Características de las disoluciones. Ósmosis. Disoluciones isotónicas. Características de los coloides. Diálisis. Floculación. Superficie de adsorción. Características de las suspensiones.

Concentraciones de las soluciones.

4. Compuestos del carbono.

Estructura de los compuestos del carbono. Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp2, sp3). Geometría molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal).

Tipo de cadena e isomería. Tipos de cadena. Isomería. De cadena. De posición. De función. Hidrocarburos.

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Alcanos. Alquenos. Alquinos. Aromáticos (benceno).

Grupos funcionales. Alcohol. Éter. Aldehído. Cetona. Ácido carboxílico. Amina. Amida. Halogenuros de Alquilo.

5. Macromoléculas.

Importancia de las macromoléculas naturales. Carbohidratos. Lípidos. Proteínas. Macromoléculas sintéticas. Polímeros de adición. Polímeros de condensación.

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1. Estequiometría

Bases de la estequiometría.

Al tratar el tema de las ecuaciones químicas se hizo notar que el número de átomos de los reactivos debe ser igual al de los productos. Las ecuaciones químicas balanceadas son de importancia no solamente en el sentido del tipo de sustancias que reaccionan y que se producen sino también en términos de cantidad de reactivos como de productos.

La parte de la química que trata de los cálculos de masa o volumen de las sustancias que

intervienen en las ecuaciones químicas, recibe el nombre de estequiometría, dicho de otra forma, la estequiometría estudia la composición de las sustancias en masa o en volumen.

Las combinaciones de la materia se efectúan según las leyes fijas a las que podemos dividir

en dos grandes grupos: ponderales o de los pesos(masas) y volumétricas o de los volúmenes.

Ley de la conservación de la materia(masa). Esta ley fue establecida en 1774 por Antoine Laurent Lavoisier, y se enuncia de la siguiente

manera: que en toda reacción o proceso químico la masa total de las sustancias que intervienen, permanece invariable antes y después del fenómeno.

Ley de las proporciones definidas.

A esta ley también se le conoce como ley de Proust, y se enuncia de la siguiente manera: ―dos o más elementos que se combinan para formar un compuesto dado, lo hacen siempre en la misma proporción‖. Ley de las proporciones múltiples o de Dalton.

Esta ley establece que: ―diferentes cantidades de un mismo elemento que se combina con una cantidad fija de otros elementos, para formar diversos compuestos, se hayan en relación sencilla que puede expresarse en números enteros‖.

Ley de las proporciones recíprocas.

También conocida como ley de Ritcher, y se enuncia de la siguiente manera: ―los pesos de los elementos diferentes que se combinan con un mismo peso de un elemento dado, son los pesos relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre sí o bien múltiplos o submúltiplos de estos pesos‖. Ley de los volúmenes de combinación.

En 1808 Gay – Lussac al estudiar las reacciones entre sustancias gaseosas observó que al reaccionar los gases en volumen, el volumen del gas resultante era menor o igual de la suma de los gases que se combinan, por lo que estableció que: ―los volúmenes de los gases que se combinan o se producen en una reacción química están siempre en una relación de números enteros simples‖. 1 a 1, 3 a 2, 2 a 1, etcétera.

Este postulado se contraponía con algunos enunciados de la teoría atómica de Dalton. El

físico italiano Amadeus Avogadro, en 1811, resuelve tal divergencia al indicar que las moléculas están formadas por partículas más pequeñas llamadas moléculas diatómicas, de tal manera que las

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sustancias al reaccionar desdoblan sus moléculas momentáneamente en átomos y éstos son los que se combinan entre sí para formar otras moléculas distintas que corresponden a las sustancias que resultan de la reacción.

Ley de Avogadro. Volúmenes iguales de todos los gases, con igual presión y temperatura, tienen el mismo número de moléculas. Por ejemplo en un litro de hidrógeno y un litro de oxígeno ambos a la misma presión y temperatura habrá el mismo número de moléculas.

Mol. Es la masa molecular de una molécula de un compuesto expresada en gramos. Átomo – gramo(at – g). Se refiere a la masa atómica expresada en gramos. Para obtener el mol de cualquier sustancia se calcula su masa molecular y la cantidad

obtenida se expresa en gramos. Por lo dicho anteriormente, la fórmula de una sustancia indica también un mol de tal sustancia.

Por ejemplo: Si se requiere averiguar cuántos gramos indica 3 HNO3(3 moles de ácido nítrico), en primer

lugar se obtiene la masa molecular de esta sustancia, sumando los pesos atómicos de cada uno de los elementos, recuerda tomar en cuenta siempre el subíndice de cada elemento y tomarlo en cuenta para la masa molecular. En seguida se multiplica por el coeficiente.

H: 1 x 1 = 1 N: 14 x 1 = 14 O: 16 x 3 = 48 63 g/mol

63 g/mol x 3 mol = 189 g 3HNO3 = 189 g Si se requiere averiguar cuántos moles hay en 100 g de HNO3, en primer lugar se obtiene la masa molecular de esta sustancia. sumando los pesos atómicos de cada uno de los elementos, recuerda tomar en cuenta siempre el subíndice de cada elemento y tomarlo en cuenta para la masa molecular. Y encontrar cuantos gramos hay en un mol de esta sustancia.

H: 1 x 1 = 1 N: 14 x 1 = 14 O: 16 x 3 = 48 63 g/mol

1 mol de ácido nítrico = 63 g de ácido nítrico, este se utiliza como factor de conversión.

100 g de ácido nítrico 1 mol de ácido nítrico = 1.587 mol = 1.6 mol de ácido nítrico 63 g de ácido nítrico El número de moléculas que existen en un mol es igual a 6.02 X 1023, y se llama número de Avogadro. Es decir, en un mol de sustancia hay 602,000,000,000,000,000,000,000,000 de moléculas. El volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT, esto es P = 1 atm = 760 mm de Hg; T = 0° C = 273 K) es igual a 22.4 L y se

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llama volumen molar o volumen molecular gramo.

1 mol

2 g

22.4 L

1 mol

32 g

22.4 L

1 mol

28 g

22.4 L

1mol

44 g

22.4 L

1 mol

17 g

22.4 L

Apliquemos los conocimientos adquiridos hasta ahora en la resolución de problemas. Ejemplos: ¿Cuántos gramos de oxígeno habrá en 10 L de este gas medido en CNPT? En primer lugar se obtiene la cantidad de gramos que hay en un mol, esto es: 1 mol de O2 = 32 g de Oxígeno Estos 32 g de oxígeno ocupan un volumen de 22.4 L, con esto plateamos nuestra regla de tres: 32 g de O2 -------------------- 22.4 L de O2 x -------------------- 10 L de O2 x = (32 g) (10 L) = 14.2 g de O2 22.4 L ¿Qué volumen ocupan 56 g de nitrógeno en CNPT? 1 mol de N2 = 28 g de nitrógeno 28 g de N2 -------------- 22.4 L de nitrógeno 56 g de N2 --------------- x x = (56 g) (22.4 L) = 44.8 L de nitrógeno 28 g Reacciones químicas y estequiometría.

Las sustancias químicas se representan mediante fórmulas, estas muestran la composición

atómica de las moléculas, con los símbolos de los elementos presentes en tales sustancias, los subíndices se emplean para indicar el número relativo de átomos de cada elemento, el subíndice uno se sobreentiende. Conceptos básicos. Fórmula empírica: se refiere a la proporción en números enteros de los átomos de cada elemento

en un compuesto. Fórmula molecular: representa el número real de átomos de cada elemento en una molécula del

compuesto. Fórmula real: puede ser la fórmula empírica o un múltiplo entero de ella.

H2 O2 N2 CO2

NH3

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Para determinar la fórmula real de un compuesto es necesario conocer en primer lugar, la

fórmula empírica y la masa molecular de dicho compuesto. Ahora bien, para determinar la fórmula empírica es necesario conocer la composición porcentual del compuesto y las masa atómicas de sus constituyentes.

Ejemplo: Calcular la fórmula real de un compuesto que contiene 85.62% de Carbono y 14.38% de

hidrógeno, y una masa molecular de 56. Se expresa la masa molecular de cada constituyente en gramos estoes átomo gramo (at-g).

Constituyente Masa atómica

at-g

Carbono Hidrógeno

12 1

12 g 1 g

Se considera como base 100 g de compuesto, por lo que su composición porcentual nos

indica que existen: 85.62 g de carbono y 14.38 g de hidrógeno. Enseguida se calcula el número de at-g de cada constituyente:

Para el carbono:

1 at-g de C -------------- 12 g de C x ------------- 85.62 g de C

x = (85.62 g de C) (1 at-g de C) = 12 g de C x = 7.13 g de C

Para el Hidrógeno:

1 at-g de H -------------- 1 g de H x ------------- 14.38 g de H

x = (14.38 g de H) (1 at-g de H) = 1 g de H x = 14.38 g de H

Por tanto:

C: 7.13 at-g H: 14.38 at-g

Ahora se determina la relación entre estas cantidades dividiéndolas entre el número más

pequeño encontrado. C: 7.13 at-g / 7.13 at-g = 1 H: 14.38 at-g / 7.13 at-g ≈ 2

Luego la formula empírica es: CH2 La fórmula real puede ser esta fórmula empírica o un múltiplo de ella, y se representa de la

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siguiente manera: (CH2)n, donde n indica el número por que se deben multiplicar los subíndices encontrados.

Para calcular n es necesario conocer primero la masa molecular del compuesto. En este ejemplo es de 56.

El conjunto CH2 tiene una masa molecular de

C: 1 X 12 = 12 ( un átomo por su masa atómica) H: 2 X 1 = 2 ( dos átomos por su masa atómica)

14 masa molecular de CH2 De la fórmula real (CH2)n = 56 Se plantea la ecuación: 14n = 56, se despeja para n n = 56/14 n = 4 La fórmula real del compuesto será: (CH2)n = (CH2)4 = C4H8 RELACIONES PONDERALES. Una ecuación química balanceada nos proporciona suficiente información para realizar cálculos estequiométricos referidos a las sustancias que intervienen en ella. Por ejemplo, en la combustión del metano se produce dióxido de carbono y agua. La representación de esta reacción sería:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Cualitativamente esta ecuación nos muestra que reacciona el metano con el oxígeno para producir bióxido de carbono y agua; pero cuantitativamente, y esto es lo importante, en estequiometría nos indica que una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para producir una molécula de bióxido de carbono y dos moléculas de agua. Además, la fórmula indica la masa molecular; por lo cual se deduce:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 16 uma + 2(32) uma 44 uma + 2(18) uma

16 uma CH4 + 64 uma O2 44 uma CO2 + 36 uma 2H2O

1 mol CH4 + 2 mol O2 1 mol CO2 + 2 mol H2O

Como en la práctica es imposible trabajar con

moléculas individuales, a nivel molar se tiene esta

reacción.

16 g CH4 + 64 g O2 44 g CO2 + 36 g H2O La ecuación puede

expresarse en gramos.

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Aquí podemos plantear un problema. ¿Cuántos moles de metano (CH4) reaccionando con el suficiente oxígeno (O2) se necesitan para obtener 4 moles de agua? La ecuación nos indica que con un mol de metano se obtienen dos mol de agua, por lo que se establece la relación: 1 mol de metano (CH4) ------------------- 2 mol de agua (H2O) x mol de metano (CH4) ------------------- 4 mol de agua (H2O) x = [1 mol CH4 ][4 mol de agua H2O] 2 mol H2O x = 2 mol de metano CH4 Para poder resolver este tipo de problemas es necesario que siempre la ecuación este balanceada. Después se identifican las sustancias en la ecuación y se escribe en la parte superior de sus fórmulas los datos que se han obtenido al leer el problema. En seguida, en la parte inferior de estas mismas fórmulas, se escribe la masa en moles o gramos que indican, según sea el caso.

Ejemplo: Calcula la cantidad en moles, que se obtienen de sosa cáustica (hidróxido de sodio, NaOH) cuando reaccionan totalmente 0.45 mol de cal apagada (Hidróxido de calcio Ca(OH)2) con carbonato de sodio (Na2CO3). Primero hay que checar que este balanceada, en este caso si lo esta.

0.45 mol x mol

Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3 1 mol 2 mol

0.45 mol ---------------- x mol 1 mol ---------------- 2 mol x = (0.45 mol) (2 mol)

1 mol x = 0.9 mol Por tanto, el resultado es que se obtienen 0.9 mol de NaOH. Ejemplo: ¿Cuántos gramos de Nitruro de Magnesio (Mg3N2) se obtienen cuando reaccionan 3.2 mol de amoniaco (NH3) con el suficiente magnesio (Mg)? En este caso la ecuación esta balanceada.

3.2 mol x g NH3 + Mg Mg3N2 + H2

2 mol 100.9 g 3.2 mol ------------ x g 2 mol ------------ 100.9 g

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x = (3.2 mol)(100.9 g) 2 mol x = 161.44 g Se obtienen 161.44 g de Mg3N2. Reactivo limitante. En algunos de los problemas antes vistos se emplearon expresiones tales como ―reacción total‖, ―con el suficiente . . .‖, esto significa que la sustancia a que nos referimos reacciona totalmente y recibe el nombre de reactivo limitante. En otras palabras un reactivo limitante es aquel que se consume por completo en una reacción. Mientras que el reactivo en exceso es aquel que esta en mayor proporción estequiométrica, o como su nombre lo indica, está en exceso. Vamos a entender esto con el siguiente ejemplo: ¿Cuántos gramos de óxido de magnesio (MgO) se obtienen cuando reaccionan 10 g de magnesio (Mg) con 20 g de oxígeno (O2)? ¿Cuál es el reactivo limitante? Y ¿El reactivo en exceso?

48.3 g 32 g 80.6 g 2Mg + O2 → 2MgO 10 g 20 g x g

Primero vamos a ver, cual reactivo es el limitante, si: 48.3 g de Mg ---------------- 32 g de O2 10 g de Mg ---------------- x g de O2 x = (10 g de Mg)(32 g de O2) 48.6 g de Mg x = 6.5 g de O2 Esto es que los 10 g de Mg reaccionan con 6.5 g de Oxígeno; por lo tanto el reactivo limitante es el Mg, mientras que el reactivo en exceso es el oxígeno. Al sumar estas dos cantidades (10 g + 6 g) se determina que obtienen 16.5 g de MgO. La contaminación del aire.

Es la alteración de la atmósfera terrestre por la adición de gases, o partículas sólidas o líquidas en suspensión en proporciones distintas a las naturales.

El nombre de contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que tienen efectos perjudiciales sobre la salud de los seres vivos y los elementos materiales, y no a otras alteraciones inocuas. Origen.

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Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son los procesos industriales que

implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, que generan dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que presentan combustión incompleta. Contaminantes primarios y secundarios.

Una clasificación de estas sustancias, atendiendo a cómo se forman, es la que distingue entre contaminantes primarios y contaminantes secundarios. Contaminantes primarios

Entendemos por contaminantes primarios aquellas sustancias contaminantes que son vertidas directamente a la atmósfera. Los contaminantes primarios provienen de muy diversas fuentes dando lugar a la llamada contaminación convencional. Su naturaleza física y su composición química es muy variada, si bien podemos agruparlos atendiendo a su peculiaridad más característica tal como su estado físico (caso de partículas y metales), o elemento químico común (caso de los contaminantes gaseosos).

Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran:

Aerosoles (en los que se incluyen las partículas sedimentables y en suspensión y los humos).

Óxidos de azufre, SOx.

Monóxido de carbono, CO.

Óxidos de nitrógeno, NOx.

Hidrocarburos, Hn Cm.

Ozono, O3.

Anhídrido carbónico, CO2.

Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, se encuentra como más significativos los siguientes:

Otros derivados del azufre.

Halógenos y sus derivados.

Arsénico y sus derivados.

Componentes orgánicos.

Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc.

Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos.

Sustancias radiactivas. Contaminantes secundarios

Los contaminantes atmosféricos secundarios no se vierten directamente a la atmósfera desde los focos emisores, sino que se producen como consecuencia de las transformaciones y reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la misma.

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Las principales alteraciones atmosféricas producidas por los contaminantes secundarios son:

la contaminación fotoquímica;

la acidificación del medio; y

la disminución del espesor de la capa de ozono. Inversión térmica.

El fenómeno de inversión térmica se presenta cuando en las noches despejadas el suelo ha perdido calor por radiación, las capas de aire cercanas a él se enfrían más rápido que las capas superiores de aire lo cual provoca que se genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenómeno contrario al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera disminuye con la altitud). Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de aire frío sin poder circular, ya que la presencia de la capa de aire frío cerca del suelo le da gran estabilidad a la atmósfera porque prácticamente no hay convección térmica, ni fenómenos de transporte y difusión de gases y esto hace que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la región que hay entre las 2 capas frías de aire.

El fenómeno climatológico denominado inversión térmica se presenta normalmente en las

mañanas frías sobre los valles de escasa circulación de aire en todos los ecosistemas terrestres.

También se presenta este fenómeno en las cuencas cercanas a las laderas de las montañas en noches frías debido a que el aire frío de las laderas desplaza al aire caliente de la cuenca provocando el gradiente positivo de temperatura.

Cuando se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversión térmica, se acumulan (aumenta su concentración) debido a que los fenómenos de transporte y difusión de los contaminantes ocurren demasiado lentos, provocando graves episodios de contaminación atmosférica de consecuencias graves para la salud de los seres vivos.

La inversión térmica es un fenómeno peligroso para la vida cuando hay contaminación porque al comprimir la capa de aire frío a los contaminantes contra el suelo la concentración de los gases tóxicos puede llegar hasta equivaler a 14 veces más.

Condiciones de inversión térmica de larga duración con contaminantes de bióxido de azufre y

partículas de hollín causaron la muerte de miles de personas en Londres, Inglaterra en 1952 y en el Valle de Ruhr, Alemania en 1962.

Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo y vuelve a

emitir calor lo cual restablece la circulación normal en la troposfera.

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Smog.

La palabra inglesa smog (de smoke: humo y fog: niebla) se usa para designar la contaminación atmosférica que se produce en algunas ciudades como resultado de la combinación de unas determinadas circunstancias climatológicas y unos concretos contaminantes.

A veces, no muy frecuentemente, se traduce por neblumo (niebla y humo). Hay dos tipos muy diferentes de smog: Smog Industrial

El llamado smog industrial o gris fue muy típico en algunas ciudades grandes, como Londres o Chicago, con mucha industria, en las que, hasta hace unos años, se quemaban grandes cantidades de carbón y petróleo pesado con mucho azufre, en instalaciones industriales y de calefacción.

En estas ciudades se formaba una mezcla de dióxido de azufre, gotitas de ácido sulfúrico formada a partir del anterior y una gran variedad de partículas sólidas en suspensión, que originaba una espesa niebla cargada de contaminantes, con efectos muy nocivos para la salud de las personas y para la conservación de edificios y materiales.

En la actualidad en los países desarrollados los combustibles que originan este tipo de contaminación se queman en instalaciones con sistemas de depuración o dispersión mejores y raramente se encuentra este tipo de polución, pero en países en vías de industrialización como China o algunos países de Europa del Este, todavía es un grave problema en algunas ciudades. Smog fotoquímico

En muchas ciudades el principal problema de contaminación es el llamado smog fotoquímico. Con este nombre nos referimos a una mezcla de contaminantes de origen primario (NOx e hidrocarburos volátiles) con otros secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc.) que se forman por reacciones producidas por la luz solar al incidir sobre los primeros.

Esta mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo cargado de componentes dañinos para los seres vivos y los materiales. Aunque prácticamente en todas las ciudades del mundo hay problemas con este tipo de contaminación, es especialmente importante en las que están en lugares con clima seco, cálido y soleado, y tienen muchos vehículos.

El verano es la peor estación para este tipo de polución y, además, algunos fenómenos climatológicas, como las inversiones térmicas, pueden agravar este problema en determinadas épocas ya que dificultan la renovación del aire y la eliminación de los contaminantes.

En la situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud lo que favorece que suba el aire más caliente (menos denso) y arrastre a los contaminantes hacia arriba.

En una situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el aire superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por lo que la contaminación queda encerrada y va aumentando.

Las reacciones fotoquímicas que originan este fenómeno suceden cuando la mezcla de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos volátiles emitida por los automóviles y el oxígeno atmosférico reaccionan, inducidos por la luz solar, en un complejo sistema de reacciones que acaba formando ozono.

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El ozono es una molécula muy reactiva que sigue reaccionando con otros contaminantes

presentes en el aire y acaba formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como nitratos de peroxiacilo (PAN), peróxido de hidrógeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH), formaldehído, etc.

Estas sustancias, en conjunto, pueden producir importantes daños en las plantas, irritación ocular, problemas respiratorios, etc. Lluvia ácida.

La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o aceite.

Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos

nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias, y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la niebla normales del lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.

La lluvia ácida presenta un pH menor (más ácido) que la lluvia normal o limpia. Constituye un serio problema ambiental ocasionado principalmente por la contaminación de hidrocarburos fósiles.

La lluvia ácida se forma generalmente en las nubes altas donde el SO2 y los NOx reaccionan con el agua y el oxígeno, formando una solución diluida de ácido sulfúrico y ácido nítrico. La radiación solar aumenta la velocidad de esta reacción.

La lluvia ácida se forma gracias a reacciones como:

CO2 + H2O H2CO3

SO2 + H2O H2SO3

2 SO2 + O2 2 SO3

SO3 + H2O H2SO4

Las reacciones químicas directas del nitrógeno generalmente requieren altas temperaturas,

debido a su poca reactividad química. Su reacción con el oxígeno puede efectuarse usando una descarga eléctrica de alto voltaje:

N2 + O2 2 NO (Óxido nítrico, gas incoloro)

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) (Bióxido de nitrógeno, gas café)

El bióxido de nitrógeno existe en equilibrio con su dímero, el tetróxido de dinitrógeno, N2O4 ,

que es un gas incoloro y se licua a 21.3ºC.

NO2 (g) N2O4 (g)

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El dióxido de nitrógeno se descompone por la acción de la luz solar en óxido nítrico y oxígeno

atómico (es muy reactivo).

NO2 (g) + hv NO(g) + O (g).

El bióxido de nitrógeno se combina con el agua produciendo ácido nítrico y óxido nítrico o ácido nítrico y ácido nitroso, según la cantidad de bióxido de nitrógeno que reaccione con el agua:

3 NO2 (g) + H2O(v) 2 HNO3(l) + NO(g)

2 NO2 (g) + H2O(v) HNO3(l) + HNO2 (l)

La lluvia, la nieve, la niebla y otras formas de precipitación arrastran estos contaminantes hacia las partes bajas de la atmósfera, depositándolos sobre las hojas de las plantas, los edificios, los monumentos y el suelo.

A través del ciclo hidrológico, el agua se mueve en plantas y animales, ríos, lagos y océanos, evaporándose a la atmósfera y formando nubes que viajan empujadas por el viento, de tal suerte que si transportan contaminantes, éstos pueden alcanzar casi cualquier lugar sobre la superficie terrestre.

Una lluvia ¨limpia¨ es imposible de despojar de partículas de polvo y polen y de un pH cercano al 5.6 (ligeramente ácido). Al adicionarse SO2 y NOx el pH se torna dramáticamente ácido (por los ácidos sulfúrico y nítrico formados en la atmósfera).

¿Cómo afecta la lluvia ácida? La lluvia ácida huele, se ve y se siente igual que la lluvia normal, y se podría decir que podemos bañarnos con ella sin sentir un efecto inmediato especial. El daño que produce a las personas no es directo, es más inmediato el efecto de los contaminantes que producen esta lluvia y que llegan al organismo cuando éste los respira, afectando su salud.

Los productos del hombre, monumentos y edificios, son más susceptibles a la acción de la lluvia ácida. Muchas ruinas han desaparecido o están en vías de hacerlo, a causa de este factor.

En los bosques la situación es un tanto distinta. Aunque los científicos no se han puesto de acuerdo con respecto a los efectos inmediatos concretos, todos estiman que la lluvia ácida no mata directamente a plantas y árboles, sino que actúa a través de ciertos mecanismos que los debilitan, haciéndolos más vulnerables a la acción del viento, el frío, la sequía, las enfermedades y los parásitos.

La lluvia ácida afecta directamente las hojas de los vegetales, despojándolas de su cubierta cerosa y provocando pequeñas lesiones que alteran la acción fotosintética.

Con ello, las plantas pierden hojas y así, la posibilidad de alimentarse adecuadamente. En ocasiones la lluvia ácida hace que penetren al vegetal ciertos elementos como el aluminio (éste bloquea la absorción de nutrientes en las raíces), que afectan directamente su desarrollo.

Los efectos de la lluvia ácida en el suelo pueden verse incrementados en bosques de zonas de alta montaña, donde la niebla aporta cantidades importantes de los contaminantes en cuestión.

Las áreas de cultivo no son tan vulnerables a los efectos de la lluvia ácida, toda vez que generalmente son abonadas con fertilizantes que restituyen nutrientes y amortiguan la acidez.

La naturaleza posee ciertos mecanismos para regular la acidez producida por causas

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naturales.

El suelo, sobre todo el calizo, ejerce una acción amortiguadora (buffer) que impide que el pH se torne demasiado ácido. No obstante, la mayor cantidad de contaminantes llegan al medio como producto de la actividad humana, que los produce en cantidades colosales, que no pueden ser amortiguadas.

En sitios donde los suelos no son tan buenos amortiguadores, o donde el aporte de contaminantes es muy superior a lo que puede reciclarse, se acentúan los efectos nocivos de la lluvia ácida.

Los efectos de la lluvia ácida en medios acuáticos (lagos, ríos, estanques) son más evidentes, toda vez que los organismos que en ellos habitan son más vulnerables a las variaciones de pH.

Organismo Límite que soporta (pH)

trucha 5.0

perca 4.5

rana 4.0

salamandra 5.0

lombriz 6.0

mosca 5.5

acocil 6.0

Los organismos adultos pueden ser mucho más resistentes a la acidez, no obstante, cuando

los huevos o los jóvenes son afectados por ella, o cuando el alimento natural que los sostiene es abatido por la acidez, los adultos se debilitan o la población merma y puede llegar a desaparecer.

Algunas de las especies químicas que hay en la atmósfera como el SO2, NO, NO2 , CO, CO2 ,

NH3 , pueden interactuar con el vapor de agua del aire produciendo iones o ácidos que son los que forman la lluvia ácida.

El agua pura tiene un pH = 7 a 25ºC y una presión de una atmósfera, se ioniza formando iones

hidrógeno o protones y iones oxidrilo o hidroxilo, con una concentración cada uno de 10-7 moles/L. El agua de lluvia es ligeramente ácida porque el agua y el dióxido de carbono del aire forman

ácido carbónico y tiene un pH entre 5.7 y 7. En lugares contaminados por ácido sulfúrico y ácido nítrico el pH de esa lluvia varía entre 5 y 3.

El dióxido de azufre y los óxidos nítrico y nitroso son originados principalmente por las

termoeléctricas, los motores de combustión interna de coches y aviones y algunas otras industrias.

Casi todas las construcciones que hace el hombre como edificios, monumentos y maquinaria son corroídos por exposición prolongada a ácidos diluidos, sin embargo, sus efectos a largo plazo sobre la naturaleza son más importantes. El incremento de ácidos en el suelo acelera la velocidad de lixiviación de los nutrientes vitales como el calcio, para las plantas y la vida acuática (afecta el desarrollo de los huevos de los peces). La contaminación del agua.

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El agua es considerada como contaminada cuando sus características naturales están

alteradas de tal modo que la hace total o parcialmente inadecuada para el uso al que es destinada.

Principales causas de contaminación del agua:

Descargas de aguas servidas domiciliarias (desagües) a ríos, lagos, mares,etc.

Descargas de desagües industriales y aguas servidas

Emisiones industriales en polvo (cementos, yeso, etc)

Basurales (metano, malos olores).

Quema de basuras (CO2 y gases tóxicos).

Incendios forestales (CO2).

Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión).

Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos)

Corrientes de aire y relación presión/temperatura ¿Como afecta a nuestra salud la contaminación del agua?

Mediante la transmisión de enfermedades (parasitarias, disenterías, hepatitis, tifoidea, cólera, etc.) en forma directa o indirecta:

Directa: cuando se consume agua contaminada

Indirecta: cuando plantas y animales han sido contaminados y luego sirven de alimento a las personas El agua debe controlarse mediante unos parámetros y unidades de medida. Entre los más importantes: -PH, mide el grado de acidez o alcalinidad. -ST (sólidos totales), sólidos disueltos y suspendidos. -STV (sólidos volátiles), orgánicos biodegradables. -STF (sólidos fijos, no volátiles), no biodegradables o difícilmente biodegradables. -N (nitrógeno) y P (fósforo), sin ellos no existe posibilidad de depuración biológica. -Presencia de virus y bacterias. -El olor y color. -Los metales pesados (Cu, Cr, Cd, Hg), tóxicos y peligrosos. - El contenido de arenas y sólidos diversos.

La contaminación de las aguas, destinadas al consumo humano, puede tener distintos orígenes: vertidos de aguas usadas de origen animal o humano, vertidos de aguas o líquidos residuales industriales, etc. Los numerosos contaminantes y microcontaminantes, que pueden encontrarse en el agua destinada al consumo humano, se clasifican en tres categorías:

Contaminantes y microcontaminantes minerales (metales pesados, flúor, arsénico).

Contaminantes y microcontaminantes orgánicos (fenoles y sus derivados, hidrocarburos, detergentes...).

Contaminantes y microcontaminantes biológicos (microorganismos y virus).

Una vez conocida el agua disponible y sus características físicas, químicas y bacteriológicas, se deduce el grado y profundidad de tratamiento a dar a la misma. Algunos de los procedimientos y procesos que se utilizan son: el desbaste grueso y fino, el tamizado, el desarenado, y la filtración con

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distintos medios filtrantes.

Por otra parte, la industria tiende a utilizar, en general, aguas de superficie cuya mineralización es normalmente más baja que la de las aguas subterráneas de la misma zona, generalmente, su uso se destina a la fabricación de productos (papeleras, industrias textiles y agrícola-alimentarias, etc.), al transporte de materias primas o de desechos (remolachas, carbón de los lavaderos, fibras de papelera, etc. ) y al lavado de gases utilizados en la industria metalúrgica y en la industria química. Uso Urbano.

Se calcula que en el año 2000 se extrajeron 72 km3 de agua de los ríos, lagos y acuíferos del país para los principales usos consuntivos, lo que representa el 15% del agua disponible (presión de demanda). El uso consuntivo predominante en México es el agrícola, ya que en la actualidad el 78% del agua extraída se utiliza para el riego de 6.3 millones de hectáreas, le sigue el uso público urbano con 11.5% y el industrial con 8.5%. Otros usos como el pecuario o el destinado a la acuacultura consumen el restante 2.2%. Esta distribución del uso del agua es parecida a la que tienen países como Brasil, Egipto y Turquía, pero muy diferente a la de países desarrollados, donde la proporción destinada a usos industriales es mucho mayor.

La proporción de agua que se dedica a distintas actividades muestra diferencias importantes. Mientras que en la región del Pacífico Norte más del 90% del agua se destina a actividades agrícolas, en la región del Golfo Centro no alcanza el 50%. Las regiones Pacífico Sur (20.7%), Golfo Centro (16.5%), Frontera Sur (26.3%), Península de Yucatán (27.2%) y el Valle de México (35.6%) son las que, en proporción, designan más agua al uso público urbano.

El abastecimiento de agua para uso agrícola proviene principalmente de agua superficial

(65.8%), en contraste con el agua que se destina al uso público e industrial, que proviene en su mayor parte de fuentes subterráneas (69 y 58% respectivamente). Sin embargo, en el periodo de 1998 a 2000 se incrementó el agua subterránea utilizada para fines agrícolas en alrededor de 3 000 km3/año, volumen que representa el 52% del agua que se destinó.

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Uso Industrial. El agua reservada para uso industrial en general es inferior al uso público, excepto en las regiones del Golfo Norte y Golfo Centro, donde resulta superior. Las hidroeléctricas emplean para su funcionamiento un volumen promedio de 143 km3 de agua para generar 32 624 GWh de electricidad (17% del total del país), pero no la consumen. Sistemas dispersos.

Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas diferentes.

Las mezclas no tienen propiedades especificas bien definidas. Las propiedades dependen de

su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos ingredientes de la mezcla.

Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas. Mezclas homogéneas y heterogéneas. Hay dos clases de mezclas: - Mezclas homogéneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc. - Mezclas heterogéneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo. Métodos de separación de mezclas. Las técnicas que se emplean para separar unas sustancias de otras, en una mezcla o en una disolución depende de las sustancias y del modo en que estén unidas. Podemos distinguir:

Métodos mecánicos.

Métodos térmicos. MÉTODOS MECÁNICOS Decantación

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Se emplea para separar las mezclas formadas por capas, por ejemplo, las mezclas de agua y aceite. El procedimiento consiste en separar (decantar) una de las capas, la superior o la inferior, intentando que las demás queden en el recipiente que contiene la mezcla. Cuando se trata de una mezcla de varios líquidos inmiscibles, para separarlos, se coloca esta en un embudo de decantación, en el que los líquidos más densos quedan en el fondo. Abriendo y cerrando la llave, podemos separarlos en distintos recipientes.

Sedimentación

Se emplea para separar sólidos en suspensión acuosa, como los que se puede encontrarse en las depuradoras.

El procedimiento consiste en dejar el líquido turbio en reposo el

tiempo necesario para que los componentes sólidos caigan al fondo por su mayor densidad.

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Centrifugación

En realidad, es un proceso de sedimentación acelerado.

Si el líquido turbio se pone en un recipiente y luego se le hace girar a alta velocidad en una centrifugadora, los fragmentos sólidos se irán al

fondo enseguida.-

Filtración

Cuando la cantidad de sólidos mezclada con los líquidos es pequeña o cuando los líquidos obtenidos de la sedimentación

siguen turbios, se recurre a la filtración.

La filtración consiste en hacer pasar el líquido a través de un material poroso, generalmente papel de filtro, cuyo tamaño de poro

sea inferior al de las partículas sólidas en suspensión.

Separación magnética

La separación magnética se utiliza para extraer los minerales ferromagnéticos, como la magnetita;

para separar el hierro y otros metales de las basuras, etc.

MÉTODOS TÉRMICOS Evaporación a sequedad

Si tenemos una disolución líquida en la que el soluto es un sólido podemos separar el soluto del disolvente calentando lo suficiente para que este hierva, o se evapore, dejando como residuo el soluto, que es un polvo amorfo, no cristalino.

Este es un procedimiento rápido y por ello muy utilizado en la industria. En el laboratorio para evaporar a sequedad se utiliza una cápsula de porcelana. Este procedimiento no debe usarse cuando los disolventes son inflamables.

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Cristalización

Es una técnica similar a la evaporación a sequedad, solo que en este caso no calentamos la disolución, sino que se deja que el disolvente, por lo general agua, se evapore de forma lenta debido al calor del ambiente.

Es un proceso más lento que la evaporación a sequedad, pero el soluto se obtiene formando cristales. Es el procedimiento ideal para formar cristales muy perfectos de cualquier sustancia soluble.

La cristalización se emplea industrialmente par obtener la sal a partir del agua del mar. Destilación

La destilación es el procedimiento mas adecuado para obtener líquidos muy puros y también para separar los

componentes de disoluciones de líquido en líquido, como es el caso del petróleo o la obtención de alcohol a partir de vinos de mala calidad u otros líquidos fermentados.

Disolución

En química, una disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, a nivel molecular de una o más especies químicas que no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites.

Toda disolución está formada por una fase dispersa llamada soluto y un medio dispersante denominado disolvente. También se define disolvente como la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolución. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración.

Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama)

Se distingue de una suspensión, que es una mezcla en la que el soluto no está totalmente disgregado en el disolvente, sino dispersado en pequeñas partículas. Así, diferentes gotas pueden tener diferente cantidad de una sustancia en suspensión. Mientras una disolución es siempre transparente, una suspensión presentará turbidez, será traslúcida u opaca. Una emulsión será intermedia entre disolución y suspensión.

Características de las Disoluciones.

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1.- Son mezclas homogéneas

2.- La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporción que el soluto, aunque no siempre es así. La proporción en que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de interacción que se produzca entre ellos. Esta interacción está relacionada con la solubilidad del soluto en el disolvente. Una disolución que contenga poca cantidad es una disolución diluida. A medida que aumente la proporción de soluto tendremos disoluciones más concentradas, hasta que el disolvente no admite más soluto, entonces la disolución es saturada. Por encima de la saturación tenemos las disoluciones sobresaturadas. Por ejemplo, 100g de agua a 0ºC son capaces de disolver hasta 37,5g de NaCl (cloruro de sodio o sal común), pero si mezclamos 40g de NaCl con 100g de agua a la temperatura señalada, quedará una solución saturada.

3.- Sus propiedades físicas dependen de su concentración:

Disolución HCl (ácido clorhídrico) 12 mol/L Densidad = 1,18 g/cm3

Disolución HCl (ácido clorhídrico) 6 mol/L Densidad = 1,10 g/cm3

4.- Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc.

5.- Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Angstrom (ºA).

Clasificación de las disoluciones

por su estado de agregación por su concentración

sólidas

sólido en sólido: aleaciones como zinc en estaño (latón); gas en sólido: hidrógeno en paladio; líquido en sólido: mercurio en plata (amalgama).

No saturada; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación. Ej.: a 0ºC 100g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.

líquidas

líquido en líquido: alcohol en agua; sólido en líquido: sal en agua (salmuera); gas en líquido: oxígeno en agua

Saturada: en esta disolución hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej.: una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5g disueltos en 100g de agua 0ºC.

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gaseosas

gas en gas: oxígeno en nitrógeno; líquido en gas: nieblas sólido en gas: humos

Sobre saturada: representa un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada. Para preparar este tipo de disolución se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas disolución es inestable, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

En función de la naturaleza de solutos y disolventes, las leyes que rigen las disoluciones son distintas.

Sólidos en sólidos: Leyes de las disoluciones sólidas. Sólidos en líquidos: Leyes de la solubilidad. Sólidos en gases: Movimientos brownianos y leyes de los coloides. Líquidos en líquidos: Tensión interfacial. Gases en líquidos: Ley de Henry.

Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, algunos autores clasifican las disoluciones en diluidas y concentradas, las concentradas se subdividen en saturadas y sobre saturadas. Las diluidas, se refieren a aquellas que poseen poca cantidad de soluto en relación a la cantidad de disolución; y las concentradas cuando poseen gran cantidad de soluto. Es inconveniente la utilización de esta clasificación debido a que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en un determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada. Ej.: a 25ºC en 100g de agua se disuelven 0,000246g de BaSO4. Esta disolución es concentrada (saturada) porque ella no admite más sal, aunque por la poca cantidad de soluto disuelto debería clasificarse como diluida. Por ello es más conveniente clasificar a las soluciones como no saturadas, saturadas y sobre saturadas.

Disolvente

Se denomina disolvente (y, en ocasiones, solvente) a aquella sustancia que permite la dispersión de otra en su seno. Es el medio dispersante de la disolución. Normalmente, el disolvente establece el estado físico de la disolución, por lo que se dice que el disolvente es el componente de una disolución que está en el mismo estado físico que la disolución. También es el componente de la mezcla que se encuentra en mayor proporción.

Las moléculas de disolvente ejercen su acción al interaccionar con las de soluto y rodearlas. Se conoce como solvatación. Solutos polares serán disueltos por disolventes polares al establecerse interacciones electrostáticas entre los dipolos. Los solutos apolares disuelven las sustancias apolares por interacciones entre dipolos inducidos.

El agua es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve a más del 50 % de los compuestos conocidos.

Aspectos terminológicos

Los disolventes son denominados, en ocasiones, solventes por influencia del inglés, pero la denominación más correcta es la de disolventes. Lo mismo sucede con el término disolución que se

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encuentra en muchos textos traducidos del inglés como solución, que la Real Academia de la Lengua lo define en su primera acepción como: "Acción y efecto de resolver una duda o dificultad", y en una segunda: "Mat. Cada una de las cantidades que satisfacen las condiciones de un problema o de una ecuación", aunque ya haya aceptado dicho término como sinónimo de disolución.

Clasificación de los disolventes

Solventes polares: Son sustancias en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica es asimétrica; por lo tanto, la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una cierta distancia. Hay un dipolo permanente. El ejemplo clásico de solvente polar es el agua. Los alcoholes de baja masa molecular también pertenecen a este tipo.

Los disolventes polares se pueden subdividir en solventes próticos y solventes apróticos. Un disolvente polar prótico contiene un enlace del O-H o del N-H. Un disolvente polar áprotico es un disolvente polar que no tiene enlaces O-H o N-H. Agua (H-O-H), etanol (CH3-CH2-OH) y ácido acético (CH3-C(=O)OH) son disolventes polares próticos. La acetona (CH3-C(=O)-CH3) es un disolvente polar aprótico.

Solventes apolares: En general son sustancias de tipo orgánico y en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica es simétrica; por lo tanto, estas sustancias carecen de polo positivo y negativo en sus moléculas. No pueden considerarse dipolos permanentes. Esto no implica que algunos de sus enlaces sean polares. Todo dependerá de la geometría de sus moléculas. Si los momentos dipolares individuales de sus enlaces están compensados, la molécula será, en conjunto, apolar. Algunos solventes de este tipo son: el dietiléter, cloroformo, benceno, tolueno, etc.

Soluto

Se llama soluto a la sustancia minoritaria en una disolución o, en general, a la sustancia de interés.

Lo más habitual es que se trate de un sólido que es contenido en una solución líquida (sin que se forme una segunda fase)

Suspensión (química)

Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por un sólido en polvo (soluto) o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido (dispersante o dispersora).

Las suspensiones presentan las siguientes características:

Sus partículas son mayores que las de las disoluciones y los coloides, lo que permite observarlas a simple vista.

Sus partículas se sedimentan si la suspensión se deja en reposo.

Los componentes de la suspensión pueden separarse por medio de centrifugación, decantación, filtración y evaporación.

Ejemplos de suspensiones son: algunos medicamentos, la arena mezclada con el cemento, las aguas frescas elaboradas con frutas naturales y algunas pinturas vinílicas.

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Mezcla

Una mezcla es un material formado por dos o más sustancias en proporciones variables que conservan sus propiedades; las sustancias intervienen en cantidades variables; sus componentes pueden separarse por medios físicos (destilación, evaporación, cristalización, etc), generalmente no hay absorción o desprendimiento de energía al hacerlo (interacción química); las sustancias no están químicamente combinadas, es decir, no se forman nuevas sustancias. Las disoluciones son aquellas en las que sus componentes se encuentran distribuidos uniformemente. Un tipo de mezcla puede ser la arena, el cemento, etc.

Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas, según estén constituidas por una fase o mas. Una fase es la porción de materia que tiene las mismas características y que es físicamente diferente de la otra porción de materia con la cual está en contacto.

Mezclas Homogéneas: (llamadas también soluciones), tienen apariencia uniforme y solo se ven como una sola fase. Presentan iguales propiedades en todos sus puntos. Se separan por cristalización, extracción, destilación y cromatografía. Estas mezclas se conocen más genéricamente como soluciones. Una solución está constituida por un ―solvente‖, que es el componente que se halla en mayor cantidad o proporción y uno o más ―solutos‖, que son las sustancias que se hallan dispersas homogéneamente en el solvente. El solvente universal es el agua, puede estar a una proporción de 40/60 y el agua continua siendo el solvente en esa mezcla. Las partículas del soluto son tan pequeñas (moléculas, átomos o iones) que no se pueden ver ni siquiera con un ultramicroscopio. El tamaño de estas partículas es aproximadamente la cienmillonésima parte de un centímetro. Por esto no se sedimentan y, además, atraviesan un papel filtro.

Mezclas Heterogéneas: Presentan un aspecto no uniforme. Se separan por filtración, decantación y por separación magnética. Están formadas por dos o más sustancias puras que se combinan, conservando cada una sus propiedades particulares, de tal manera que podemos distinguir las sustancias que la componen. En las Mezclas heterogéneas podemos distinguir cuatro tipos de mezclas:

o Coloides: son aquellas formadas por dos fases sin la posibilidad de mezclarse

los componentes (Fase Sol y Gel). Entre los coloides encontramos la mayonesa, gelatina, humo del tabaco, el detergente disuelto en agua, etc.

Sol: Estado diluido de la mezcla, pero no llega a ser liquido, tal es el caso de la mayonesa, las cremas, espumas, etc.

Gel: Estado con mayor cohesión que la fase Sol, pero esta mezcla no alcanza a ser un estado sólido como por ejemplo la jalea.

Suspensiones: Mezclas heterogéneas formadas por un sólido que se dispersan en un medio líquido. .

Son una clase de materia que contiene 2 o más sustancias en cantidades variables.

Emulsión

Una emulsión es una mezcla estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse, (son inmiscibles entre ellos), como aceite de oliva y agua. Cuando estos dos líquidos

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están en un mismo recipiente se denominan fases. Ejemplos comunes de emulsiones son la leche, la mayonesa y el fluido de corte que se emplea en metalurgia. Las emulsiones pueden ser coloides reales o mezclas menos estables, como ciertos aliños de ensalada.

Tipos de emulsiones

La mayor parte de las emulsiones constan de un líquido polar, como el agua; y otro apolar, como el aceite y la mayoría de disolventes orgánicos. Por este motivo tradicionalmente se denominan agua y aceite a los dos componentes de la emulsión. Cuando la emulsión es estable, uno de los líquidos se encuentra formando pequeñas gotas en el interior del otro. Según cual sea el líquido disperso en gotas, se distinguen dos tipos de emulsiones: de agua en aceite (emulsiones W/O) y de aceite en agua (emulsiones O/W). En general, los mismos dos líquidos pueden formar ambos tipos de emulsiones, dependiendo de cual sea la temperatura y la concentración relativa de los componentes.

También pueden existir emulsiones triples del tipo W/O/W o del tipo O/W/O.

Emulgente

Una emulsión puede deshacerse, (separarse los dos líquidos) por factores como la manipulación mecánica o por efectos químicos, como cuando la leche es cortada por vinagre o zumo de limón.

Un emulgente o emulsionante es una sustancia que ayuda en la formación de una emulsión, como lo es la yema de huevo en la mayonesa. Otro tipo de emulsionante es el detergente, que se une tanto a las grasas como al agua, manteniendo gotas microscópicas de grasa en suspensión. Este principio se utiliza en los preparados lavavajillas, etc. emulsiones=partículas indisoluble al agua

Coloide

En química un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físico que está compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas, por lo general sólidas, de tamaño mesoscópico (es decir, a medio camino entre los mundos macroscópico y microscópico). Así, se trata de partículas que no son apreciables a simple vista, pero mucho más grandes que cualquier molécula. En particular, la comunidad científica define la escala mesoscópica como la situada entre unos 10 nanómetros y 1000 micrómetros.

El nombre coloide fue introducido por el físico escocés Thomas Graham en 1861 y proviene de la raíz griega kolas que significa que puede pegarse. Este nombre hace referencia a una de las principales propiedades de los coloides: su tendencia espontánea a agregar o formar coágulos.

Aunque el coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa se compone de partículas sólidas, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. En la siguiente tabla se recogen los distintos tipos de coloides según el estado de sus fases continua y dispersa:

Fase Dispersa

Gas Líquido Sólido

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Fase Continua

Gas No es posible porque todos los gases son solubles entre sí

Aerosol líquido,

Ejemplos: niebla, bruma

Aerosol sólido,

Ejemplos: Humo, polvo en suspensión

Líquido

Espuma,

Ejemplos: Espuma de afeitado

Emulsión,

Ejemplos: Leche, salsa mayonesa, crema de manos, sangre

Dispersión coloidal,

Ejemplos: Pinturas, tinta china

Sólido

Espuma Sólida,

Ejemplos: piedra Pómez, Aerogeles

Gel,

Ejemplos: Gelatina, gominola, queso

Emulsión sólida,

Ejemplos: Cristal de rubí

Actualmente, y debido a sus aplicaciones industriales y biomédicas, el estudio de los coloides ha cobrado una gran importancia dentro de la química física y de la física aplicada. Así, numerosos grupos de investigación de todo el mundo se dedican al estudio de las propiedades ópticas, acústicas, de estabilidad y de su comportamiento frente a campos externos. En particular, el comportamiento electrocinético (principalmente las medidas de movilidad electroforética) o la conductividad de la suspensión completa.

Por lo general, el estudio de los coloides es experimental, aunque también se realizan grandes esfuerzos en los estudios teóricos, así como en desarrollo de simulaciones informáticas de su comportamiento. En la mayor parte de los fenómenos coloidales, como la conductividad y la movilidad electroforética, estas teorías tan sólo reproducen la realidad de manera cualitativa, pero el acuerdo cuantitativo sigue sin ser completamente satisfactorio.

Propiedades de soluciones coloides

Sus partículas no pueden ser observadas a simple vista. Los filtros que no pueden atravesar son las membranas semipermeables, como el papel

celofán y el colodión. Sus partículas presentan movimiento browniano Sus partículas presentan el efecto Tyndall Son opalescentes

Ósmosis.

La ósmosis u ósmosis es un fenómeno físico-químico relacionado con el comportamiento del agua —como solvente de una solución— ante una membrana semipermeable para el solvente (agua) pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple transmembrana de agua, sin "gasto de energía". La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de

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los seres vivos.

Una membrana semipermeable pura contiene poros, al igual que cualquier filtro. El tamaño de los mismos (poros) es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar que son muy grandes.

Si una membrana como la descrita separa dos líquidos, uno agua pura y otra, agua con azúcar, van a suceder varias cosas muy bonitas asi como deportivas: Debido a la temperatura, las moléculas se mueven de un lado para otro. Las moléculas de agua pasan por los poros en ambas direcciones: de la zona de agua pura a la de agua con azúcar y viceversa.

Las moléculas de azúcar también se mueven, pero al no poder atravesar la membrana, rebotarán en ella, aunque algunas, momentáneamente obstruyan los poros. Un detalle importante: se obstruyen los poros del lado del azúcar (alta concentración), por lo que taponan el paso del agua. En la zona de agua, baja concentración, todas las moléculas que llegan a los poros son de agua y la atraviesan.

En la zona de alta concentración llegan a los poros moléculas de agua y moléculas de azúcar; por tanto, habrá menos moléculas de agua capaces de atravesar la membrana hacia la zona del agua.

El resultado final es que aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración y viceversa, hay más moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta.

Dicho de otro modo, dando el suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración. ÓSMOSIS INVERSA

Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración.

Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmosis inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Pasa sólo agua.

Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha hecho potable. La ósmosis inversa es, por ello, una de las formas de potabilizar el agua.

Mediante este procedimiento es posible obtener agua potable partiendo de una fuente de agua salobre (menos de 15.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) o de agua de mar, que en condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad.

La medida de la conductividad del agua da una indicación de la cantidad de sales disueltas

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que contiene, dado que el agua pura no es conductora de la electricidad.

Otro ejemplo: Se tiene agua con contaminante "X" cuyas moléculas tienen un tamaño de "Y" micras, siendo "Y" mayor que el tamaño de la molécula de agua. Si se busca una membrana semipermeable que deje pasar moléculas de tamaño de las del agua pero no de "Y", al aplicar presión (ósmosis inversa) se obtendrá agua sin contaminante. Disoluciones isotónicas.

Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto ), se produce el fenómeno de la ósmosis que sería un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente ) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida ( hipotónica ) a la más concentrada (hipertónica), este trasiego continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración (isotónicas).

Y se entiende por presión osmótica la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.

La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

Cuando las concentraciones de los fluidos extracelulares e intracelulares es igual , ambas disoluciones son isotónicas.

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se hacer hipertónicos respecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren (plamólisis).

Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes ( turgescencia ), llegando incluso a estallar.

En la industria se usa el proceso de osmosis inversa para eliminar las sales disueltas

Características de los coloides.

Los coloides son sustancias intermedias entre las soluciones verdaderas y las suspensiones. Esta formado por dos fases:

Dispersante: es el componente que existe en mayor cantidad.

Dispersa: componente en menor cantidad. Las partículas que forman esta parte dispersa no se sedimentan (aunque se pueden separar por centrifugación), pasan a través de papel filtro y dispersan la luz.

La diferencia principal entre una solución verdadera, un coloide y una suspensión es el

tamaño de las partículas dispersas. Las propiedades de los coloides son:

Efecto Tyndall: si un haz luminoso pasa a través de ésta, la luz se dispersa debido a que el tamaño de las partículas es mayor que la longitud de onda de los rayos luminosos. El rayo luminoso se hace visible para un observador colocado perpendicularmente a la dirección del rayo

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luminoso.

Movimiento Browniano: es el movimiento caótico, continuo y en zig – zag, que presentan las partículas de la parte dispersante (teoría cinético molecular).

Adsorción: propiedad que consiste en la unión de las partículas en superficies de dos sustancias distintas, que las fuerzas que actúan en estas partículas no están equilibradas, debido al tamaño pequeño de las partículas, tienen una superficie de tamaño muy grande.

Electrofóresis: si los coloides se someten a la acción de un campo eléctrico se desplazan hacia uno de los electrodos.

Diálisis: es la separación de las partículas coloidales más o menos grandes, de otras más pequeñas por medio de membranas semi permeables.

Diálisis.

Los líquidos presentes en los organismos son dispersiones de diversas sustancias en el seno

del agua. Según el tamaño de las partículas se formarán dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas como ocurre con las que se forman con las sales minerales o por sustancias orgánicas de moléculas pequeñas, como los azúcares o aminoácidos.

Las partículas dispersas pueden provocar además del movimiento de ósmosis , estos otros

dos: La diálisis: En este caso pueden atravesar la membrana además del disolvente, moléculas de bajo peso molecular y éstas pasan atravesando la membrana desde la solución más concentrada a la más diluida. La difusión: sería el fenómeno por el cual las moléculas disueltas tienden a distribuirse uniformemente en el seno del agua. Puede ocurrir también a través de una membrana si es lo suficientemente permeable. Así se realizan los intercambios de gases y de algunos nutrientes entre la célula y el medio en el que vive. Floculación.

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutina las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior remoción. Es un paso del proceso de potabilización de aguas de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas domésticas, industriales y de la minería.

Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:

Sólidos en suspensión;

Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,

Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).

El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso muchas veces se habla de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales.

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre si;

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La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en micro flóculos y después

en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son:

gradiente de la velocidad

tiempo

pH

El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.

La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.

En la minería, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes inter partículas. Superficie de adsorción.

La adsorción es un proceso por el cual átomos, iónes o moléculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un material, en contraposición a la absorción, que es un fenómeno de volumen.

En química, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie. El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido. Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del material, todos los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes están satisfechos.

En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. Para esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre disponible, y por ello se produce de forma espontánea. La naturaleza exacta del enlace depende de las particularidades de los especimenes implicados, pero el material adsorbido es generalmente clasificado como fisisorbido o quimisorbido.

La fisisorción es la forma más simple de adsorción, y es debida a débiles fuerzas atractivas, generalmente fuerzas de Van der Waals. Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que rápidamente cualquier superficie limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material fisisorbido.

La quimisorción ocurre cuando un enlace químico, definido en este caso como un intercambio de electrones, se forma. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales involucrados.

La quimisorción es particularmente importante en la catálisis heterogénea, la forma más común en la industria, donde un catalizador sólido interacciona con un flujo gaseoso, el

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reactante o los reactantes, en lo que se denomina reacción en lecho fluido.

La adsorción del reactante por la superficie del catalizador crea un enlace químico, alterando la densidad electrónica alrededor de la molécula reactante y permitiendo reacciones que normalmente no se producirían en otras circunstancias. La corrosión es un ejemplo de ello.

La cantidad de material que se acumula depende del equilibrio dinámico que se alcanza entre

la tasa a la cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y que normalmente dependen de forma importante de la temperatura. Cuanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción, mayor será la fracción de la superficie disponible que será cubierta por material adsorbido en el equilibrio.

Para estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie interna, (y por lo tanto poco volumen) ya sea en polvo o granular, como el carbón activo, y llevan asociados otros fenómenos de transporte de material, como el macro transporte y micro transporte de los reactantes. Características de las suspensiones.

No siempre que una sustancia está en contacto con otra tiene la facilidad de que una se disuelva en la otra, puesto que hay diversos factores que influyen en la disolución de un material. Así, pueden ser materiales con propiedades químicas que los repelen (por ejemplo, agua y aceite) o el tamaño de las partículas no permite su disolución, debido a lo anterior te puedes encontrar con otras mezclas que reciben el nombre de suspensiones.

Las suspensiones están formadas por una sustancia que se encuentra en mayor proporción llamadas fases dispersantes y otras que están en menor proporción que se llaman fases dispersas.

Podrás encontrar suspensiones donde las partículas permanecen suspendidas y el líquido se observa opaco o no permite la visión a través del frasco transparente, por ejemplo, en el agua de horchata o los medicamentos infantiles (jarabes, etc.) en forma de suspensión.

Hay otras suspensiones en las que las partículas son tan grandes que no pueden permanecer flotando y se depositan en el fondo. Concentraciones de las soluciones.

La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades mol·m-3. Cada sustancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras substancias disueltas o en suspensión. En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc. También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.

Molaridad

La molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de solución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 5,0 M (5,0 molar). Para preparar una disolución de esta concentración normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado,

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para después rellenarlo con más disolvente hasta los 100 mL.

Es el método más común de expresar la concentración en química sobre todo cuando se trabaja con reacciones químicas y relaciones estequiométricas. Sin embargo, tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

Molalidad

La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.

La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión.

Es menos empleada que la molaridad.

Peso por volumen

Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la densidad aunque no conviene confundir ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la solución entre el volumen de esta mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto entre el volumen de la disolución. Se suelen usar los gramos por litro (g/l) y a veces se expresa como «% m/v».

Porcentaje por masa

Masa de soluto por cada cien partes de solución.

Porcentaje por volumen

Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen. Se suele usar para mezclas gaseosas en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en la masa total de la disolución. Suele expresarse como gramo de soluto/100 g de solución, o simplificadamente como «% m/m»

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Si se prepararon 350 gramos de una disolución colocando 45 gramos de azúcar en agua, ¿cuál será su concentración de % en masa? Datos: g. de soluto = 45g. de azúcar g. de solución = 350g. % en masa =0.128 x 100 % en masa = 12.8

Por ejemplo, si se prepararon 200ml de una solución colocando 30ml de alcohol en agua, ¿cuál será su concentración de porcentaje en volumen? Datos: ml de soluto =30ml de alcohol ml de solución =200ml.

% en volumen = 0.15 x 100 % en volumen = 15 Formalidad

La formalidad (F) es el número de peso-fórmula-gramo por litro de solución.

F = # PFG / volumen (litro solución)

El número de peso-fórmula-gramo tiene unidad de g / PFG.

Normalidad

La normalidad (N) es el número de equivalentes (n) de soluto (st) por litro de disolución (sc).

Normalidad ácido-base

Es la normalidad de una solución cuando se la utiliza para una reacción como ácido o base. Por esto suelen titularse utilizando indicadores de pH.

En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:

para un ácido, o para una base.

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Donde:

n: es la cantidad de equivalentes. moles: es la cantidad de moles. H+: Es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido. HO–: Es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.

Por esto, podemos decir lo siguiente:

para un ácido, o para una base.

Donde:

N: es la normalidad de la solución. M: es la molaridad de la solución. H+: Es la cantidad de protones cedidos por un mol del ácido. HO–: Es la cantidad de hidroxilos cedidos por un mol de la base.

Ejemplos:

Una solución 1 M de HCl cede 1 M de H+, por lo tanto, es igual a 1 N. Una solución 1 M de Ca(OH)2 cede 2 M de HO–, por lo tanto, es igual a 2 N.

En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:

.

Donde:

n: es la cantidad de equivalentes. moles: es la cantidad de moles. e–: Es la cantidad de electrones intercambiados en la semi reacción de oxidación o reducción.

Por esto, podemos decir lo siguiente:

.

Donde:

N: es la normalidad de la solución. M: es la molaridad de la solución. e–: Es la cantidad de electrones intercambiados en la semi reacción de oxidación o reducción.

Ejemplos:

En el siguiente caso vemos que el anión nitrato en medio ácido (por ejemplo el ácido nítrico, puede actuar como oxidante, donde una solución 1 M, es 3 Nox.

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4 H+ + NO3–1 + 3 e– ↔ NO + 2 H2O

En el siguiente caso vemos que el anión ioduro, puede actuar como reductor, donde una solución 1 M, es 1 Nrd.

2 I– - 2 e– ↔ I2

En el siguiente caso vemos que el catión argéntico, puede actuar como oxidante, donde una solución 1 M, es 1 Nox.

1 Ag+ + 1 e– ↔ Ag0 ppm, ppb y ppt

Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relaciones partes por millón (ppm), partes por "billón" (ppb) y partes por "trillón" (ppt). El millón equivale a 106, el billón estadounidense, o millardo, a 109 y el trillón estadounidense a 1012.

Es de uso relativamente frecuente en la medición de la composición de la atmósfera terrestre. Así el aumento de dióxido de carbono en el aire debido al calentamiento global se suele dar en dichas unidades.

Las unidades más comunes en las que se usan son las siguientes:

ppmm = μg × g–1 ppmv = μg × ml–1

ppbm = ng × g–1 ppbv = ng × ml–1

pptm = pg × g–1 pptv = pg × ml–1

*Nota: Se pone una m o una v al final según se trate de partes en volumen o en masa.

Sin embargo, a veces se emplean otras unidades. Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire podría ser, en algunos contextos, una molécula de CO2 en un millón de moléculas de aire.

También se habla a veces de relaciones más pequeñas, por ejemplo "cuatrillón". Sin embargo son concentraciones excesivamente pequeñas y no se suelen emplear.

La IUPAC desaconseja el uso de estas relaciones (especialmente en el caso de masa entre volumen) y recomienda usar las unidades correspondientes.

Compuestos del carbono.

En el siglo XIX se comenzó en forma con el estudio de las sustancias llamadas orgánicas, se conocía que estos compuestos estaban formados de pocos elementos químicos como carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, azufre, etc. Se tenia pensado que solo se podían obtener de plantas o animales – de ahí su nombre de compuestos orgánicos –, ya que solo de estos se aislaban, de aquí la teoría de la ―fuerza vital‖, se pensaba que solo podían ser producidos por las células.

Científicos como Lavoisier, Dalton, Gay – Lussac, Berzelius y Gerhart, estudiaron algunos

compuestos orgánicos, pero les parecía imposible. En 1828, el químico alemán, Friedrich Whöler, descubrió que calentando una solución acuosa

de una sal inorgánica de cianato de amonio, se producía amonio, Whöler llegó a la conclusión de que

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el cianato de amonio se reagrupa al aplicarle calor dando urea, estas dos sustancias tienen el mismo número y el mismo tipo de átomos, pero dispuestos en forma diferentes.

NH4OCN CO(NH2)2

Cianato de amonio Urea Este descubrimiento represento un golpe muy fuerte para la teoría de la ―fuerza vital‖, pero

aun así, pasaron muchos años y muchos experimentos para desplazar esta teoría, pero definitivamente este experimento de Whöler marco el inicio de una nueva era en la química orgánica.

Analizando nuestra realidad, nos damos cuenta que, la química orgánica tiene una gran

importancia en la actualidad, ya que al revisar los tipos de materiales que existen hasta hoy, nos daremos cuenta que la mayoría implica la actuación de la química orgánica, es decir, compuestos que contienen carbono, por lo tanto, la química orgánica se define como la química de los compuestos del carbono. Otra definición más específica la define como: la ciencia que estudia a los compuestos del carbono, en cuanto a su composición, propiedades, obtención, transformaciones y usos. Existen algunos compuestos que contienen carbono como el bióxido de carbono, el ácido carbónico y todos los carbonatos, que por comodidad se siguen clasificando en la química inorgánica Estructura de los compuestos del carbono.

Iniciamos nuestro estudio con una pregunta: ¿Qué características del carbono permiten la abundancia y complejidad de los compuestos orgánicos? La respuesta se divide en dos puntos: su diversidad estructural (representada por la hibridación) y su estabilidad.

Configuración electrónica del carbono e hibridación (sp, sp2, sp3).

Si observamos la configuración electrónica de elementos como el carbono y el Berilio, se aprecia que las valencias que presentan no concuerdan con su configuración electrónica:

4Be = ↑↓ | ↑↓ 1s 2s

6C = ↑↓ | ↑↓ | ↑ ↑ | 1s 2s 2px 2py 2pz

Se observa en compuestos como el Cloruro de Berilio (BeCl2) o el metano (CH4) presentan ciertas propiedades debido a su enlace. En el caso del cloruro de berilio, el berilio cede dos electrones al no metal y en el caso del metano, el carbono cede cuatro electrones, pero, ¿cómo es esto posible, si sus configuraciones electrónicas no parecen indicar tales situaciones?

El berilio, por tener dos electrones en un orbital s y en su último nivel de energía, se parece al helio; además, sus electrones están apareados y no parece que este elemento deba de combinarse, pues no debería perder sus electrones y así lo hace.

El carbono tiene dos electrones en el orbital p, entonces podría perder dos electrones y quedar con dos electrones en el orbital s, pareciéndose al helio; sin embargo, gana cuatro electrones.

Para explicar estos hechos se ha sugerido la hibridación, que implica una mezcla de

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energías entre orbitales puros para dar otros nuevos.

Existen varios tipos de Hibridación, entre las cuales resaltaremos: Hibridación sp

Surgen de la combinación de un orbital s con uno p. La aportación en energía es de 50% y 50%. La forma de la molécula es lineal con un ángulo de 180° y se presenta en los elementos del grupo II A. Ejemplo:

4Be = ↑↓ | ↑↓ | (estado basal, puro o sin combinación) 1s 2s

4Be = ↑↓ | ↑ | ↑ | (estado excitado, por calor o electricidad) 1s 2s 2px 2py 2pz

4Be = ↑↓ | ↑ | ↑ (estado híbrido, con nuevos orbitales) 1s 2sp 2sp

Forma y ángulo en la molécula:

180°

Ejemplos de sustancias que la presentan: BeCl2, CaF2, HCN, C2H2. Hibridación sp2.

Se da al combinarse un orbital s con dos p. La aportación en energía es de 33 % y 66% respectivamente. Se generarán tres nuevos orbitales lo cual explica la valencia 3 de los elementos del grupo IIIA. La forma de la molécula es plana o trigonal con enlaces de 120°.

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Ejemplo:

5B = ↑↓ | ↑↓ | ↑ | (estado basal) 1s 2s 2px

5B = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ | (estado excitado) 1s 2s 2px 2py 2pz

5B = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ | (estado híbrido) 1s 2sp2 2sp2 2sp2

Ejemplos de substancias que la presentan: BF3, AlCl3, C2H4.

Hibridación sp3.

Se da al combinarse un orbital s con tres p. La aportación en energía es de 25% y 75% respectivamente. Se presenta en los elementos del grupo IVA principalmente y en los elementos de los grupos VA y VIA. La forma de la molécula es tetraédrica con ángulos de 109.5°. Se generan cuatro orbitales Híbridos. Ejemplo:

6C = ↑↓ | ↑↓ | ↑ ↑ | (estado basal) 1s 2s 2px

6C = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ ↑ | (estado excitado) 1s 2s 2px 2py 2pz

6C = ↑↓ | ↑ | ↑ ↑ ↑ | (estado híbrido) 1s 2sp3 2sp3 2sp3 2sp3

Se presenta en sustancias como: CH4, CF4, SiCl4.

Hibridación del átomo de Carbono.

Esta propiedad excepcional del átomo de Carbono explica su tetravalencia y su combinación entre sí mismo para formar compuestos en forma de cadenas o anillos y en un número muy grande. Estos compuestos son los orgánicos y pueden tener simples, dobles y triples enlaces. La explicación a estos enlaces es la hibridación. ORBITALES SIGMA(

Recordando que un orbital es una región espacio energético, donde existe la máxima probabilidad de encontrar un electrón o un par de electrones en el caso de un enlace.

de los electrones participantes es de tipo s, o ha resultado en una hibridación donde participó un orbital s. Así los orbitales s, sp, sp2, sp3, originan orbitales o enlaces sigma. Este enlace es muy fuerte, origina simples ligaduras y es un enlace muy estable.

Un orbital pi (débil y en el caso del carbono, envuelve al orbital sigma. Es muy reactivo y genera dobles o triples enlaces. Geometría molecular (tetraédrica, trigonal plana y lineal).

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La hibridación permite reconciliar la geometría de pares electrónicos con el criterio de traslape

de orbitales del enlace. Una declaración como el ―átomo de es tetraédrico porque tiene hibridación sp3‖ es incorrecta. El hecho de que la geometría de pares electrónicos en torno al átomo sea tetraédrica es lo que existe, y la hibridación es tan sólo una manera de racionalizar dicho hecho. Tipo de cadena e isomería.

Debido a la tetravalencia que presenta el átomo de carbono, éste puede formar moléculas gigantes, se puede combinar con otros átomos de carbono debido a su capacidad de 4 enlaces y esto favorece a la formación de cadenas. Tipos de cadena.

La longitud de la cadena de carbonos determina la mayoría de sus propiedades físicas, tales como punto de ebullición, de fusión y la solubilidad. Los compuestos de cadena corta son gases o líquidos, que tienen bajos puntos de ebullición, los compuestos de cadenas medianas son líquidas y sólidos los que tienen cadena larga.

De acuerdo con la estructura, de los esqueletos que constituyen los compuestos orgánicos,

estos se pueden clasificar en: a) Acíclicos:

i) saturados: 1) lineaeles. 2) Arborescentes.

ii) no saturadose: 1) lineales. 2) Arborescentes.

b) Cíclicos: i) Homocíclicos:

1) Alicíclicos:

Saturados: *simples *arborescentes

No saturados: *simples *arborescentes

2) Aromáticos

ii) Heterocíclicos: 1) Saturados:

*simples *arborescentes

2) No saturados: *simples *arborescentes

Isomería.

De acuerdo con la tetravalencia del átomo de carbono, los compuestos orgánicos se pueden representar mediante los siguientes tipos de fórmulas:

1) Condensada: también llamada molecular y esta se indica únicamente el número y tipo de cada

átomo que participa en el compuesto, ejemplo: C2H6O. En química orgánica no es muy utilizada pues causa confusión ya que varios compuestos pueden tener la misma formula condensada.

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2) Semidesarrollada: en ésta se indica únicamente los enlaces principales en la estructura del

compuesto, es la más recomendable a utilizar en química orgánica, pues expresa claramente del tipo de compuesto que se esta utilizando, ejemplo:

CH3 – CH2 – OH, CH3 – O – CH3

3) Desarrollada: también llamada gráfica, en ésta se indican todos los enlaces presentes en las

moléculas orgánicas: H H

H – C – C – O – H

H H

En química orgánica existen muchos compuestos llamados isómeros, es decir, compuestos que tiene la misma fórmula condensada, pero con diferentes estructuras y diferentes propiedades. Existen los siguientes tipos de isomería:

De cadena.

De posición.

De función. De cadena.

La isomería de cadena o estructural la presentan principalmente los alcanos, estos compuestos presentan la misma formula condensada, pero difieren en la forma en que están dispuestos los átomos en la cadena. Ejemplo:

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 – CH – CH3 | CH3 De posición.

La isomería de posición la presentan los alquenos u olefinas, y se debe al cambio de posición de la doble ligadura dentro de la cadena. Ejemplo:

CH2 = CH – CH2 – CH3 CH3 – CH = CH – CH3

La presencia de la doble ligadura impide la libre rotación de los átomos de carbono en ese punto, lo cual origina la isomería geométrica o cis – trans. Ejemplo:

CH3 CH3 H CH3 C = C C = C

H H CH3 H cis – 2 – buteno trans – 2 - buteno

El isómero cis tiene los dos grupos metil (CH3) en un mismo plano y el isómero trans en planos opuestos. De función.

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La isomería de función la determinaran el átomo o grupo de átomos que definen la estructura

de una clase particular de compuestos orgánicos y determina sus propiedades, a este átomo o grupo de átomos se le llama grupo funcional. Ejemplo:

CH3 – CH2 – OH CH3 – O – CH3 Etanol eter dimetilico Son dos compuestos cuya formula condensada es C2H6O, pero el acomodo de los átomos de oxigeno e hidrógeno determinan el grupo funcional alcohol o éter. Hidrocarburos.

Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos y estan formados por carbono e hidrógeno. Dentro de éstos hay grados y tipos diferentes de reactividad química.

Los hidrocarburos se dividen dos clases principales:

Alifáticos: estos a su vez se dividen en: Alcanos (parafinas): presentan enlace sencillo entre carbono y carbono de la cadena del

compuesto, y son hidrocarburos saturados. Cicloalcanos. Alquenos (olefinas): presentan entre algún par de carbonos de la cadena del compuesto un

doble enlace, y son carbonos insaturados o no saturados. Alquinos (acetilenos): presentan entre algún par de carbonos de la cadena del compuesto un

triple enlace, y son carbonos insaturados o no saturados.

Aromáticos. Alcanos.

Los alcanos son hidrocarburos, es decir que tienen sólo átomos de carbono e hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena lineal) es CnH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n. También reciben el nombre de hidrocarburos saturados.

Los alcanos son moléculas orgánicas formadas únicamente por átomos de carbono e hidrógeno, sin funcionalización alguna, es decir, sin la presencia de grupos funcionales como el carbonilo, carboxilo, amida, etc.

Esto hace que su reactividad sea muy reducida en comparación con otros compuestos orgánicos, y es la causa de su nombre no sistemático: parafinas (del latín, poca afinidad). La relación C/H es de CnH2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula (advertir que esta relación sólo se cumple en alcanos lineales o ramificados no cíclicos, por ejemplo el ciclobutano, donde la relación es CnH2n). Todos los enlaces dentro de las moléculas de alcano son de tipo simple o sigma, es decir, covalentes por compartición de un par de electrones en un orbital s, por lo cual la estructura de un alcano sería de la forma:

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H H H H | | | | H – C – C – C – C – H donde cada línea representa un enlace covalente. | | | | H H H H

Analizando la estructura anterior podemos clasificar a los carbonos según a los que estén unidos:

Primario: cuando un carbono está unido a otro carbono. Secundario: cuando el carbono esta unido a dos carbonos. Terciario: cuando el carbono esta unido a tres carbonos. Cuaternario: cuando el carbono esta unido a cuatro carbonos.

El alcano más sencillo es el metano con un solo átomo de carbono. Otros alcanos conocidos

son el etano, propano y el butano con dos, tres y cuatro átomos de carbono respectivamente. A partir de cinco carbonos, los nombres se derivan de numerales griegos: pentano, hexano, heptano, etc.

Número de

carbonos Nombre Estructura

1 Metano CH4

2 Etano CH3 – CH3

3 Propano CH3 – CH2 – CH3

4 n – butano CH3 – (CH2)2 – CH3

5 n – pentano CH3 – (CH2)3 – CH3

6 n – hexano CH3 – (CH2)4 – CH3

7 n – heptano CH3 – (CH2)5 – CH3

8 n – octano CH3 – (CH2)6 – CH3

9 n – nonano CH3 – (CH2)7 – CH3

10 n – decano CH3 – (CH2)8 – CH3

11 n – undecano CH3 – (CH2)9 – CH3

12 n – dodecano CH3 – (CH2)10 – CH3

15 n – pentadecano CH3 – (CH2)13 – CH3

20 n – eicosano CH3 – (CH2)18 – CH3

Al observar las formas de los alcanos anteriores notamos que el propano tiene un de más CH2

que el butano, y a su vez, el pentano tiene un CH2 más que el butano, y así, sucesivamente.

Por lo tanto a esta serie de compuestos cuyos miembros difieren del siguiente en un valor constante (CH2) se denomina homóloga y sus miembros son homólogos. Nomenclatura de alcanos arborescentes.

Para nombrar a los alcanos arborescentes es necesario el conocer los nombres de algunos grupos orgánicos que se les conoce como radicales alquilo (–R), un radical es un átomo o grupo de átomos que constituyen una molécula con carga eléctrica, estos radicales derivan de la estructura de los alcanos, el cual ha perdido un átomo de hidrógeno y para nombrarlo solo se le sustituye la terminación ano del alcano por il o ilo.

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Nombre Estructura Nombre Estructura

Metil CH3 – n – pentil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 –

Etil CH3 – CH2 – Sec – pentil CH3 – CH2 – CH2 – CH –CH3

|

Propil CH3 – CH2 – CH2 – Iso – pentil CH3 – CH – CH2 – CH2 –

| CH3

Isopropil CH3 – CH – CH3

| Ter – pentil

| CH3 – C – CH2 – CH3

| CH3

n - Butil CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – Neo – pentil

CH3 |

CH3 – C – CH2 – |

CH3

Sec – butil CH3 – CH2 – CH – CH3

|

Iso – butil CH3 – CH – CH2 –

| CH3

Ter – butil

| CH3 – C – CH3

| CH3

Ya conocidos los radicales alquilo, utilizaremos las reglas IUPAC, para nombrar los alcanos

arborescentes: 1. Busque la cadena más larga posible de átomos de carbono, el cual dará el nombre básico y la

estructura principal. 2. Numere la cadena principal empezando por el extremo que tenga las arborescencia más

próximas. 3. Nombre cada arborescencia indicando su posición con el número que corresponda al átomo de

carbono al cual se encuentre unido. 4. Nombre el compuesto con una sola palabra, y separe los nombres de los número con guiones y

los números entre sí con comas. Las arborescencias son los radicales alquilo, los cuales se anotarán en orden de complejidad.

5. Si en una molécula se encuentra presenta presente el mismo radical alquilo dos o más veces, se indica con los prefijos, di, tri, tetra, penta, etc., unido al radical alquilo.

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Ejemplos:

CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 | CH3

2 – metilhexano

CH3 |

CH3 – C – CH3 |

CH3 2,2 – dimetilpropano

Propiedades

Los alcanos se presentan en estado gaseoso, líquido o sólido según el tamaño de la cadena de carbonos. Hasta 4 carbonos son gases (metano, etano, propano y butano), a partir del pentano hasta el hexadecano (16 carbonos) son líquidos y los compuestos superiores a 16 carbonos se presentan como sólidos aceitosos (parafinas).

Todos los alcanos son combustibles, al ser una forma reducida del carbono, y liberan grandes

cantidades de energía durante la combustión.

En cuanto a reactividad, los alcanos sufren las siguientes reacciones básicas:

Ruptura homolítica: A partir de una molécula neutra obtenemos dos radicales que pueden reaccionar con otras especies o entre ellos volviendo a la molécula original.

Halogenación radicalaria: Introducción de uno o más átomos de halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo) por sustitución de un átomo de hidrógeno mediante un proceso radicalario, iniciado por fotones o térmicamente. La energía liberada desciende desde el flúor (explosiva) hasta el yodo (endotérmica).

Combustión: Proceso de oxidación de los alcanos, desprendiendo una gran cantidad de energía y obteniéndose agua y dióxido de carbono. Para una molécula de n carbonos hacen falta (3n+1)/2 moléculas de oxígeno (O2).

Los alcanos son sintetizados por simple adición de grupos alquilos halogenados en una

continua

Reacción de Wurtz (reaccionan con Sodio).

2CH3Br + 2Na → CH3-CH3 + 2NaBr Obtención.

Los alcanos se obtienen principalmente del petróleo, ya sea directamente o mediante cracking

o pirólisis, esto es, rotura de térmica de moléculas mayores. Son los productos base para la obtención de otros compuestos orgánicos. Usos y Purificación.

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Los alcanos son importantes sustancias puras de la industria química y también los combustibles más importantes de la economía mundial.

Los primeros materiales de su procesado siempre son el gas natural y el petróleo crudo, el último es separado en una refinería petrolera por destilación fraccionada y procesado en muchos productos diferentes, por ejemplo la gasolina. Las diferentes fracciones de petróleo crudo poseen diferentes temperaturas de ebullición y pueden ser separadas fácilmente: en las fracciones individuales los puntos de ebullición son muy parecidos. Alquenos.

Los alquenos son hidrocarburos que tienen doble enlace carbono-carbono en su molécula, y por eso son denominados insaturados. La fórmula genérica es CnH2n. Se puede decir que un alqueno no es más que un alcano que ha perdido un hidrógeno produciendo como resultado un enlace doble entre dos carbonos.

Nomenclatura de alquenos lineales

Para nombrar los alcanos utilizaremos los mismos principios que en los alcanos, solo que la terminación será eno, y anotando el número del átomo de carbono donde se encuentra el doble enlace.

Número de

carbonos Nombre Estructura

2 Eteno CH2 = CH2

3 Propeno CH2 = CH – CH3

4 1 – buteno CH2 = CH – CH2 – CH3

5 1 – penteno CH2 = CH - (CH2)2 – CH3

6 1 – hexeno CH2 – CH - (CH2)3 – CH3

7 1 – hepteno CH2 = CH - (CH2)4 – CH3

8 1 – octeno CH2 = CH - (CH2)5 – CH3

9 1 – noneno CH2 = CH - (CH2)6 – CH3

10 1 – deceno CH2 = CH - (CH2)7 – CH3

11 1 – undeceno CH2 = CH - (CH2)8 – CH3

12 1 – dodeceno CH2 = CH - (CH2)9 – CH3

15 1 – pentadeceno CH2 = CH - (CH2)12 – CH3

20 1 – eicoseno CH2 = CH - (CH2)17 – CH3

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Recordemos que los alquenos presentan isomería de posición del doble enlace e isomería cis

– trans (geométrica). Ejemplos: CH2 = CH – CH2 – CH3

1 - buteno

CH3 – CH = CH – CH3 2 - buteno

CH3 CH3 H CH3 C = C C = C

H H CH3 H cis – 2 – buteno trans – 2 - buteno Nomenclatura de alquenos ramificados 1. Busque la cadena más larga posible de átomos de carbono que contenga el doble enlace, el cual

dará el nombre básico y la estructura principal. 2. Numere la cadena principal empezando por el extremo que tenga la doble ligadura más próxima,

numere la cadena en base a este criterio. 3. Nombre cada arborescencia indicando su posición con el número que corresponda al átomo de

carbono al cual se encuentre unido. 4. Nombre el compuesto con una sola palabra, y separe los nombres de los número con guiones y

los números entre sí con comas. Las arborescencias son los radicales alquilo, los cuales se anotarán en orden de complejidad.

5. Si en una molécula se encuentran presente dos o más dobles ligaduras, se indican con números antes del nombre principal y se indican con los prefijos di, tri, tetra, penta, etc. antes de la terminación eno.

6. Si en una molécula se encuentra presente el mismo radical alquilo dos o más veces, se indica con los prefijos, di, tri, tetra, penta, etc., unido al radical alquilo.

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Ejemplos:

CH3 – CH – CH = CH – CH2 – CH3 | CH3

2 – metil – 3 - hexeno

CH3 | CH3 – CH – CH – CH = CH – CH = CH – CH3

| CH3 6,7 – dimetil – 2,4 – octadieno

Obtención

Los alquenos se pueden sintetizar de una de cuatro reacciones: Deshidrohalogenación CH3CH2Br + KOH → CH2=CH2 + H2O + KBr Deshidratación

La eliminación de agua a partir de alcoholes, por ejemplo: CH3CH2OH + H2SO4 → CH3CH2OSO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4 + H2O

También por la reacción de Chugaev y la reacción de Grieco. Deshalogenación BrCH2CH2Br + Zn → CH2=CH2 + ZnBr2 Pirólisis (con calor) CH3(CH2)4 CH3 → CH2=CH2 + CH3CH2CH2CH3 Propiedades físicas

La presencia del doble enlace modifica ligeramente las propiedades físicas de los alquenos frente a los alcanos. De ellas, la temperatura de ebullición es la que menos se modifica. La presencia del doble enlace se nota más en aspectos como la polaridad y la acidez. Reacciones

Los alquenos son más reactivos que los alcanos y pueden participar en diversas reacciones, entre las más comunes están: Hidroalogenación: se refiere a la reacción con halógenos hidrogenados formando alcanos halogenados del modo CH3CH2=CH2 + HX → CH3CHXCH3. Por ejemplo, halogenación con el ácido HBr:

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Estas reacciones deben seguir la Regla de Markownikoff de enlaces dobles.

Hidrogenación: se refiere a la hidrogenación catalítica (usando Pt, Pd, o Ni) formando alcanos del modo CH2 = CH2 + H2 → CH3 CH3. Halogenación: se refiere a la reacción con halógenos (representados por la X) del modo CH2 = CH2 + X2 → XCH2CH2X. Por ejemplo, halogenación con bromo: Polimerización: una de las reacciones en el mundo de las industrias formando polímeros del modo CH2 = CH2 → polímero (polietileno en este caso). Alquinos.

Los alquinos son hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace entre dos átomos de carbono. Se trata de compuestos metaestables debido a la alta energía del triple enlace carbono-carbono. Su fórmula general es CnH2n-2.

Su nomenclatura es similar a la de los alquenos pero se cambia la terminación eno por ino. A

veces se denomina como derivados del acetileno o etino.

CH CH Etino Acetileno

CH3 |

CH3 – CH2 – C C – C – CH3 | CH3 2,2-Dimetil-3-hexino. Etilterbutilacetileno. Obtención.

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El acetileno se genera por reacción de termólisis a temperaturas elevadas y con quenching

(enfriamento muy rápido) con aceites de elevado punto de ebullición. Además es el producto de la reacción de carburo de calcio con agua:

CaC2 + H2O → HC≡CH+ CaO. Deshidrohalogenación, por medio del cual agua y halógenos son removidos de un alcohol y el halo alquino respectivamente:

CH3CHBr2 + 2KOH → HC≡CH + 2KBr + 2H2O Deshalogenación: CHBr2CBr2H + 2Zn → HC≡CH + 2ZnBr2

Los alquinos más complejos pueden obtenerse por ejemplo a partir del alqueno

correspondiente tras adición de bromo y doble eliminación de bromhídrico (HBr).

El método más moderno para obtener los alquenos aromáticos es la introducción del alquino mediante sustitución nucleofílica sobre el haluro correspondiente en presencia de un catalizador (generalmente compuestos organometálicos de níquel o paladio).

Los alquinos pueden ser hidrogenados par dar los cis-alquenos correspondientes con hidrógeno en presencia de un catalizador de paladio sobre sulfato de bario o sobre carbonato cálcico parcialmente envenenado con óxido de plomo.

Si se utiliza paladio sobre carbón activo el producto obtenido suele ser el alcano correspondiente. HC≡CH + H2 → CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3

Aunque la densidad de electrones y con esto de carga negativa en el triple enlace es elevada pueden ser atacados por nucleófilos. La razón se encuentra en la relativa estabilidad del anión de vinilo formado.

Frente a bases fuertes como el sodio en disolución amoniacal, el bromomagnesiano de etilo etc. reaccionan como ácidos débiles. Ya con el agua sus sales se hidrolizan para dar de nuevo el alquino libre.

Así como los alquenos, los alquinos participan en halogenación e hidrohalogenación.

Aplicaciones

La mayor parte de los alquinos se fabrica en forma de acetileno. A su vez, una buena parte del acetileno se utiliza como combustible en la soldadura a gas debido a las elevadas temperaturas alcanzadas.

En la industria química los alquinos son importantes productos de partida por ejemplo en la

síntesis del PVC (adición de HCl) de caucho artificial etc.

El grupo alquino está presente en algunos fármacos citostáticos.

Los polímeros generados a partir de los alquinos, los polialquinos, son semiconductores

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orgánicos y pueden ser dotados parecido al silicio aunque se trata de materiales flexibles. Los alquinos decolorean una solución ácida de permanganato de potasio y el agua de bromo.

Si se trata de alquinos terminales (con el triple enlace a uno de los carbonos finales de la molécula) forman sales con soluciones amoniacales de plata o de cobre. (Estas sales son explosivas). Aromáticos (benceno).

Los hidrocarburos aromáticos son polienos cíclicos conjugados que cumplen la Regla de Hückel, es decir, que tienen un total de 4n+2 electrones pi en el anillo. Para que se dé la aromaticidad, deben cumplirse ciertas premisas, por ejemplo que los dobles enlaces resonantes de la molécula estén conjugados y que se den al menos dos formas resonantes equivalentes. La estabilidad excepcional de estos compuestos y la explicación de la regla de Hückel han sido explicados cuánticamente, mediante el modelo de "partícula en un anillo".

Originalmente el término estaba restringido a un producto del alquitrán mineral, el benceno, y a sus derivados, pero en la actualidad incluye casi la mitad de todos los compuestos orgánicos; el resto son los llamados compuestos alifáticos.

El máximo exponente de la familia de los hidrocarburos aromáticos es el benceno (C6H6), pero existen otros ejemplos, como la familia de anulenos, hidrocarburos monocíclicos totalmente conjugados de fórmula general (CH)n.

El Benceno es el principal constituyente de una clase de compuestos llamados hidrocarburos aromáticos, los cuales derivan su nombre de la obtención de sustancias aromáticas como el aceite de girasol, vainilla y almendras amargas.

La formula molecular del BENCENO C6H6, propuesta por Kekule en 1865. La estructura real

del BENCENO corresponde a lo se llama un híbrido de resonancia, y es intermedia entre las dos formas de Kekule.

El Benceno líquido incoloro de sabor a quemado. Es insoluble en agua, un disolvente eficaz para azufre, fósforo y yodo, gomas, ceras, grasas y resinas; es el disolvente más usado en la industria. Punto de fusión: 5.5º C. Punto de ebullición: 80.1º C. Nomenclatura

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Se numeran los carbonos dl anillo del 1 al 6, a partir del carbono en el cual hay un sustituyente

y se prosigue en el sentido de las manecillas del reloj.

CH3 CH2CH3 NH2 | | | METIL-BENCENO AMINOBENCENO (TOLUENO) ETIL-BENCENO (AMILINA) OH O-CH3 | | HIDROXIBENCENO ETERMETILFENÍLICO (FENOL) (ANISOL) NO2 CH=CH2 | |

NITROBENCENO VINIL-BENCENO (ESTIRENO) COOH OH3-CH-CH3 | | ÁCIDO BENCEN ISOPROPIL BENCENO

CARBOXÍLICO (CUMENO) (ACIDO BENSOICO)

Cl SO3H | | CLOROBENCENO ÁCIDO BENCEN SULFÚRICO Nomenclatura de derivados di sustituidos del benceno.

Cuando dos sustituyentes se unen al núcleo bencénico se emplean dos formas para nombrarlo. La primera es indicando con un número la posición de cada sustituyente en el anillo. La

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segunda forma es indicando la posición con los prefijos ―orto‖, ―meta‖ y ―para‖ indicando las posiciones 1-2, 1-3, 1-4, respectivamente, que nos indican los isómeros que se presentan para cada cosa. Ejemplos: A A A B B B 1-2 (orto) 1-3 (meta) 1-4 (para) CH3 NO2 1-metil-2-nitrobenceno (IUPAC)

o-nitrotolueno (TRIVIAL)

CH3 1-metil-3-nitrobenceno (IUPAC)

m-nitrotolueno (TRIVIAL) NO2 CH3 1-metil-4-nitrobenceno (IUPAC) p-nitrotolueno (TRIVIAL) NO2 Si se encuentra unido al anillo con un grupo alcohol, aldehído, carboxílico, sulfónico, éste tiene preferencia en la nomenclatura y numeración. Alcohol R-OH

Aldehído R-CO-R Cetónico R-COOH Sulfónico R-SO3H

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Halógeno R-X Nitro R-NO2

Amino R-NH2 COOH 1 Ácido-m-toluen-carbolxílico 6 2 (IUPAC) Ácido-3-metil-bencencarboxílico (IUPAC)

5 3 CH3 4 CH3 NO2 TNT Trinitrotolueno NO2 1-metil-2,3,4-trinitrobenceno (IUPAC) NO2

Reacciones

Químicamente, los hidrocarburos aromáticos son por regla general bastante inertes a la sustitución electrófila y a la hidrogenación, reacciones que deben llevarse a cabo con ayuda de catalizadores.

Esta estabilidad es debida a la presencia de orbitales degenerados (comparando estas moléculas con sus análogos alifáticos) que conllevan una disminución general de la energía total de la molécula. Sustitución electrofílica (la letra griega Φ se usa para designar el anillo fenil): Φ-H + HNO3 → Φ-NO2 + H2O Φ-H + H2SO4 → Φ-SO3H + H2O Φ-H + Br2 + Fe → Φ-R + HBr + Fe Reacción Friedel-Crafts, otro tipo de sustitución electrofílica: Φ-H + RCl + AlCl3 → Φ-R + HCl + AlCl3

Otras reacciones de compuestos aromáticos incluyen sustituciones de grupos feniles. Aplicación

Entre los hidrocarburos aromáticos más importantes se encuentran todas las hormonas y vitaminas, excepto la vitamina C; prácticamente todos los condimentos, perfumes y tintes orgánicos, tanto sintéticos como naturales; los alcaloides que no son alicíclicos (ciertas bases alifáticas como la putrescina a veces se clasifican incorrectamente como alcaloides), y sustancias como el trinitrotolueno (TNT) y los gases lacrimógenos. Por otra parte los hidrocarburos aromáticos suelen ser

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nocivos para la salud, como los llamados BTEX, benceno, tolueno, etilbenceno y xileno por estar implicados en numerosos tipos de cáncer o el alfa-benzopireno que se encuentra en el humo del tabaco, extremadamente carcinógenico igualmente, ya que puede producir cáncer de pulmón. Repercusiones ecológicas del benceno y sus derivados en el medio ambiente Los hidrocarburos aromáticos son altamente tóxicos. Los aromáticos de bajo punto de ebullición son solubles en agua y pueden matar al contacto (benceno, tolueno, xileno).Los aromáticos de alto punto de ebullición son solubles y polinucleares, pueden ser venenosos a largo plazo. La inhibición del metabolismo, esto es la acumulación de tóxicos a nivel de la membrana celular provocando la inhibición de los intercambios entre la célula y el mundo exterior. modificación de las propiedades físicas del medio ambiente como el pH, temperatura, etc. Los productos utilizados para combatir la contaminación puede también representar un peligro por sus efectos tóxicos. Tiene efectos cancerígenos y venenoso al inhalar una gran cantidad, su gas es explosivo, es un líquido inflamable. Fue descubierto en 1825 por el científico inglés Michael Faraday. Puede provocar cáncer, las macro partículas son partículas sólidas y líquidas que incluyen el humo negro producido por los motores, su efecto sólo está claramente establecido a dosis más altas que las debidas al tráfico; esto provoca enfermedades cardíacas y pulmonares. Leucemias relacionadas con la exposición del benceno.

1.1. Grupos funcionales.

1.1.1. Alcohol.

Cuando uno de los hidrógenos del agua (H2O) se sustituye por un grupo alquilo se dice que el compuesto resultante es un alcohol

H- OH → R- OH

De acuerdo con lo siguiente los alcoholes se pueden clasificar en: R ׀ R -CH –OH R –CH –OH R –C –OH ׀ ׀ R R Primario Secundario Terciario

Hay varias formas de nombrar Alos alcoholes. La primera es derivar el nombre a partir del hidrocarburo del mismo numero de carbonos y utilizar la terminación ―ol‖ CH4 → CH3 OH Alcohol Metílico Metano Metanol CH3 CH3 → CH3 CH2 OH Alcohol Etílico Etil Etanol

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CH2 –OH ׀ CH2 CH3 ׀ ׀ CH3 –CH –CH –CH2 –C –CH3 4-Metil-3-Neopentil-1,5-hexanodiol ׀ ׀ OH -CH CH3 ׀ CH3 Éter.

Estos compuestos orgánicos se consideran como producto de la sustitución del hidrogeno del grupo 8H de los alcoholes con un radical alquilo o arilo, que tienen cuatro sistemas para nombrar los éteres: 1. Con los nombres de los radicales ligados al oxigeno, unidas con la palabra ―oxi‖, nombrándolo primero al radical mas simple. CH3 –O –CH3 CH3 –CH2 –O –CH3

Metil-Oxi-Metil Etil-Oxi-Metil 2. Se nombran los grupos alquilo unidos al oxigeno seguido de la palabra ―éter‖ o como éter de los radicales alquilos unidos al oxigeno CH3 – O –CH3 CH3 –CH2 – O –CH3 Eter Dimetil Metil Etil Eter Dimetileter eter etil etilico 3. Si un miembro no tiene nombre simple puede nombrarse el compuesto como un derivado alcoxi. CH3 –CH –CH2 –CH3 CH3 –CH2 –CH –CH2 –CH2 –CH3 ׀ ׀ O –CH3 O –CH2 –CH3 1,2-Metoxi Butano 3-Etoxi Hexano 4. Considerando como óxidos de los radicales unidos al oxigeno cuando estos son iguales CH3 –O –CH3

Oxido de metilo

1.1.2. Aldehído.

Compuestos que tiene algún grupo carbonilo ( -C =O) se conocen como aldehídos y cetonas.

Si uno de los átomos unidos al carbono de hidrogeno es un aldehído (R –C =O). El otro átomo o grupo de átomos unidos al carbonilo pueden ser hidrógenos o radicales alquilos.

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En el caso de las cetonas ambos grupos unidos al carbonilo (R –C = O) ׀ R1

En el sistema IUPAC la terminación característica para los aldehídos es ―al‖ y, las cuales se añaden al nombre original del hidrocarburo que tenga el mismo numero de átomos de carbono.

Por lo común, el compuesto se denomina derivado de la cadena continua de átomos de carbono incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de los aldehidos, el grupo –CH =O tiene que aparecer en el nombre. CH3 = O Metanal CH3 –CH2 = O Etanal CH3 –CH2 –CH = O Propanal

CH3 ׀ CH3 CH2 ׀ ׀ CH3 –C –CH2 –CH –CH = O ׀ CH3 4,4 – dimetil – 2 –Etilpentanal

1.1.3. Cetona.

Compuestos que tiene algún grupo carbonilo ( -C =O) se conocen como aldehídos y cetonas. En el caso de las cetonas ambos grupos unidos al carbonilo (R –C = O) ׀ R1

En el sistema IUPAC la terminación característica para las cetonas ―ona‖, las cuales se añaden al nombre original del hidrocarburo que tenga el mismo numero de átomos de carbono.

Por lo común, el compuesto se denomina derivado de la cadena continua de átomos de carbono incluyendo el grupo funcional carbonilo. En el caso de las cetonas el grupo carbonilo puede estar en posiciones diversas y este debe indicarse con el numero mas bajo posible. CH3 O ׀׀ ׀ CH3– CH –CH –C –CH2 –CH2 –CH2 –CH3 2,3 – dimetil – 4 – heptanona ׀ CH3

CH3 ׀

C =O

׀ CH2 ׀ CH3 –CH2 – C –CH2 – C –CH2–CH2 –CH2 –CH3 4 – etil – 4 – butil – 2,6 – octadiona ׀ ׀׀ O CH2

׀

CH3

1.1.4. Ácido carboxílico.

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Los ácidos orgánicos también llamados ácidos carboxílicos, se define como compuestos orgánicos que contienen uno o mas grupos carboxilos (cooh) en la molécula. NOMENCLATURA

El nombre sistemático de los ácidos se obtiene usando el nombre del hidrocarburo con cadena mas larga que incluya al grupo carboxilo, y sustituyendo la terminación o del alcano por ―oico‖, anteponiendo la palabra ácido. FÓRMULA IUPAC TRIVIAL H-COOH ácido metanoico ácido fórmico CH3-COOH ácido etanoico ácido acético CH3-CH-COOH ácido propanoico ácido propílico CH3-(CH)2-COOH ácido butanoico ácido butírico CH3-(CH)3-COOH ácido pentanoico ácido valérico CH3-(CH)4-COOH ácido hexanoico ácido caproico CH3-(CH)5-COOH ácido heptanoico ácido heptílico CH3-(CH)6-COOH ácido octanoico ácido caprílico CH3-(CH)7-COOH ácido nonanoico ácido pelargonico CH3-(CH)8-COOH ácido decanoico ácido caprico

Para nombrar los ácidos orgánicos como ramificaciones se toma como numero 1 al carbono del grupo carboxilo:

CH3 – CH – CH2 – COOH

Cl

ácido-3-clorobutanoico

CH – CH2 – CH2 – COOH

OH

ácido-4-hidroxibutanoico

Otra forma de nombrarlos es utilizar las letras griegas minúsculas para indicar la posición de los radicales o sustituyentes, a partir del carbono numero 2 al cual se la asigna la letra alpha.

CH3 – (CH2)2 – CH – COOH

I

Acido – – yodo hexanoico

CH2 – COOH

HO – C – C OOH

CH2 – COOH

ácido–3–hidroxi–3–carboxipentanodioico (ácido cítrico) Sales orgánicas.

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Las sales orgánicas son producto de los ácidos orgánicos, al ser sustituido el hidrógeno del

grupo carbonilo por metales alcalinos (sodio, potasio, calcio, etc) permitiendo que las sales sean solubles; si los metales son pesados (hierro, cobre, plata etc.) las sales son insolubles en agua.

Nomenclatura.

Para nombrar estos compuestos se elimina la palabra ácido, además se cambia la terminación

oico del nombre principal por la terminación ato, agregando el nombre del metal (recordar nomenclatura de sales inorgánicas). Ejemplos: CH3 – CH2 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COONa ácido butanoico butanoato de sodio CH3 – CH2 – COOH (CH3 – CH2 – COO)3 Fe Ácido propanoico propanoato de hierro III o propanoato férrico Ésteres

Los ésteres son el producto de la reacción de un ácido orgánico y un alcohol, al perderse una molécula de agua. Nomenclatura.

Para nombrar estos compuestos se elimina la palabra ácido, además se cambia la terminación oico del nombre principal por la terminación ato, agregando el nombre del radical alquilo. Ejemplos: CH3 – CH2 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – CH2 – COO – CH3 ácido butanoico butanoato de metilo CH3 – CH2 – COOH CH3 – CH2 – COO – CH2 – CH3 Ácido propanoico propanoato de etilo

1.1.5. Amina.

La sustitución de uno o más átomos de hidrógeno del amoníaco por radicales orgánicos da los compuestos llamados aminas.

Las aminas se clasifican de acuerdo al número de átomos de hidrógeno del amoníaco que se

sustituyen por grupos orgánicos:

H |

H – N – H

H |

R – N – H

R’ |

R – N – H

R’ |

R – N – R’’ Amoníaco Primaria Secundaria Terciaria

Nomenclatura.

Para las aminas primarias, se anota primero el nombre del radical alquilo seguido de la palabra amina. Ejemplo:

CH3 – NH2

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metilamina Para las aminas secundarias y terciarias, se anotan los radicales alquilo en orden de

complejidad, los radicales alquilo también se pueden anotar en orden alfabético. Ejemplos:

CH2 – CH3 |

CH3 – N – H

CH2 – CH3 |

CH3 – N – CH3 metiletilamina

o etilmetilamina

Dimetletilamina o

etildimetilamina Amida.

Las amidas se pueden considerar el producto de la sustitución del hidróxilo del grupo carboxilo por un amino, su fórmula general es: R – CONH2.

Se nombran tomando el nombre del ácido que las origina, se anula la palabra ácido y se

cambia la terminación del nombre principal oico del ácido por amida. Ejemplo:

CH3-COOH CH3 – CONH2 ácido etanoico etonoamida

Si la amida contiene un sustituyente en el nitrógeno, éste debe de indicarse como prefijo

anotando antes de este y separado por un guión la letra N. Ejemplos:

CH3 – CONH – CH3 CH3 – CH2 – CO – N(CH3)2 N – metiletanoamida N,N – dimetilpropanoamida

Halogenuros de Alquilo. Cuando uno o más átomos de halógeno sustituyen uno o más átomos de un hidrocarburo, se obtiene un derivado mono o poli halogenado conocido como halogenuro de alquilo. Su formula general: R – X. Nomenclatura: se nombran colocando el nombre del halógeno junto al del hidrocarburo correspondiente. CH3 Cl Br Clorometano CH3 CH2 C CH2 CH3 CH2 CH3 CH2 Cl CH3 Cloroetano 3-Bromo-3-etilpentano CH3 CH2 CH2 Cl 1-Cloropropano Cl Cl CH3 CH CH3 CH3 CH CH2 CH CH3

2-cloropropano Cl 2,4 – dicloropentano.

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Macromoléculas.

Importancia de las macromoléculas naturales.

Es de gran importancia el estudio de las macromoléculas naturales (polímeros naturales), ya que estas macromoléculas son los sustancias esenciales de los organismos vivos, entre ellas encontramos a: los carbohidratos, las grasas y las proteínas. Estas sustancias combinadas y de manera individual desarrollan grandes funciones (de transporte, de soporte, energética, etc.) en los seres vivos. Carbohidratos.

Los carbohidratos son los compuestos orgánicos más abundantes de la biosfera y a su vez los más diversos. Normalmente se los encuentra en las partes estructurales de los vegetales y también en los tejidos animales, como glucosa o glucógeno. Estos sirven como fuente de energía para todas las actividades celulares vitales.

Los carbohidratos son uno de los principales componentes de la dieta y son una categoría de

alimentos que abarcan azúcares, almidones y fibra.

La principal función de los carbohidratos es proveer energía al cuerpo, especialmente al cerebro y al sistema nervioso. El organismo transforma los almidones y azúcares en glucosa.

Las necesidades del organismo son cubiertas por la alimentación. Las carbohidratos pueden ser absorbidos directamente en el intestino, sin necesidad de ser degradados. Una vez absorbidos pasan al hígado que es capaz de almacenarlos en forma de glucógeno. Este es transformado continuamente en glucosa que pasa a la sangre y que es consumida por todas las células del organismo.

La cantidad máxima de glúcidos que podemos ingerir sólo está limitado por su valor calórico y nuestras necesidades energéticas, es decir, por la obesidad que podamos tolerar.

La familia de los carbohidratos incluye la de los azúcares y los almidones. A pesar de que ambos tipos de carbohidratos son transformados en glucosa, los alimentos ricos en almidones, como los granos y vegetales, usualmente suplen vitaminas, minerales y fibras. En cambio los azúcares como los caramelos, pudines, cereales azucarados, proveen calorías vacías, que proporcionan energía pero no nutrientes.

Los carbohidratos, hidratos de carbono y también simplemente azúcares. En su composición entran los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno, con frecuencia en la proporción Cn(H20)n, por ejemplo, glucosa C6(H2O)6 de aquí los nombres carbohidratos o hidratos de carbono. Estructura. 1. Su estructura está basada en un esqueleto carbonado (molécula orgánica) 2. Puede tener un grupo aldehído o un grupo cetona, ó ambos. 3. A la cadena carbonada se unen grupos hidroxilo ( OH-) por lo que se pueden considerar de la

familia de los alcoholes polihidroxilados o "polioles". 4. Son moléculas ricas en enlaces de alta energía ( C – H; C– C; C – OH; C = O) 5. Por lo general tienen isómeros ópticos y muchas de éstas presentan actividad óptica. Clasificación.

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Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Un

monosacárido, es una unidad, ya no se subdivide más por hidrólisis ácida o enzimática, por ejemplo glucosa, fructosa o galactosa.

Los oligosacáridos están constituidos por dos a diez unidades de monosacáridos. La palabra viene del griego, oligo = pocos. Digamos el azúcar que utilizamos es un disacárido y por tanto un oligosacárido.

Los polisacáridos son macromoléculas, por hidrólisis producen muchos monosacáridos, entre 100 y 90 000 unidades.

Como primera aproximación, desde el punto de vista químico, los carbohidratos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas o compuestos que los producen por hidrólisis ácida o enzimática. Esto es solo parcialmente cierto, pues en solución acuosa, las estructuras de polihidroxialdehídos o de polihidroxicetonas, permanecen en pequeña proporción en equilibrio con sus formas cíclicas, que son las más abundantes. Estos aspectos interesantes los veremos más adelante. Monosacáridos

Como ya señalamos, en una primera aproximación, son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. La estructura contiene pues, varios grupos hidroxilos y un grupo carbonilo. El sufijo que se utiliza al referirnos a ellos es "osa". Una hexosa es por tanto, un monosacárido de seis átomos de carbono. Si el carbonilo se presenta como aldehído será una aldohexosa y si se presenta de forma similar a una cetona, diremos es una cetohexosa.

La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o hexosas. Función.

Los carbohidratos tienen varias funciones en las células. Ellos son una excelente fuente de energía para las varias actividades que ocurren en nuestras células. Algunos carbohidratos pueden tener una función estructural. Por ejemplo, el material que mantiene a las plantas de pie y da a la madera sus propiedades resistentes es una forma del polímero de glucosa conocida como la celulosa. Otros tipos de los polímeros de azúcar se encuentran en las energías almacenadas, como el almidón y el glicógeno. El almidón es encontrado en productos vegetales como las papas, y el glicógeno es encontrado en animales.

Los carbohidratos son esenciales para la comunicación entre las células. Estas moléculas

también ayudan a las células adherirse la una a la otra, así como al material que rodea a éstas en el cuerpo. La capacidad del cuerpo para defenderse contra la invasión de microbios y la eliminación del material extranjero (como la captura del polvo y el polen por el tejido mocoso en nuestra nariz y garganta) es también dependiente de las propiedades de los carbohidratos.

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Lípidos. Propiedades generales.

Los lípidos son un grupo de biomoléculas que se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza. Desde el punto de vista químico, son el grupo más heterogéneo y, de hecho, no responden a ninguna composición general. Su característica general es la apolaridad o hidrofobicidad, aunque dentro de ellos existen diferentes grados: desde lípidos totalmente apolares e insolubles en agua hasta los que tienen parte de su estructura altamente polar y son, por ello, capaces de interactuar con el agua por dicha zona.

Hablando desde un punto de vista general, los lípidos apolares cumplen funciones de almacén de energía metabólica, lubricación y protección, mientras que los polares tienen funciones estructurales, o sea, que participan en la composición de las membranas biológicas. Además de éstos, otros lípidos cumplen otras funciones más específicas, como vitaminas, hormonas, etc.

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre .

Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos características:

Son insolubles en agua

Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.

Denominamos lípidos a un conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característica distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otras biomoléculas como en el caso de los glicolípidos (presentes en las membranas biológicas). También son numerosas las asociaciones no covalentes de los lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de las lipoproteínas y de las estructuras de membrana. Estructura.

La mayor parte de la estructura de los lípidos es muy poco polar y está formada, casi exclusivamente, por átomos de carbono he hidrógeno. Usos de los lípidos

energética

reserva de agua

producción de calor

estructural

informativa

catalítica Clasificación de los lípidos

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Los lípidos se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos

grasos (Lípidos saponificables) o no lo posean ( Lípidos insaponificables ). A. Simples

Lípidos saponificables

Acilglicéridos

Céridos B. Complejos

Fosfolípidos

Glucolípidos

Lípidos insaponificables

Terpenos

Esteroides

Prostaglandinas

1.1.6. Proteínas.

Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos.

Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos y serían por tanto los monómeros unidad. Los aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos.

La unión de un bajo número de aminoácidos (AA) da lugar a un péptido; si el número de AA que forma la molécula no es mayor de 10, se denomina oligopéptido, si es superior a 10 se llama polipéptido y si el número es superior a 50 AA se habla ya de proteína. Propiedades.

Especificidad: la especificidad se refiere a su función; cada una lleva a cabo una determinada función y lo realiza porque posee una determinada estructura primaria y una conformación espacial propia; por lo que un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de la función.

Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee

proteínas específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados. La semejanza entre proteínas son un grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la construcción de "árboles filogenéticos"

Desnaturalización: consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita. La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura, ( huevo cocido o frito ), variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

La palabra proteína viene de griego protos que significa "lo más antiguo, lo primero", lo cual

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nos indica el papel tan importante que tienen en la nutrición. Las proteínas son los elementos básicos del cuerpo, esenciales en todo el metabolismo. Hay muchos errores populares en relación a las proteínas. Por ejemplo: muchos creen que no engordan. En realidad, un gramo de proteína contiene 4 calorías (la misma cantidad que el azúcar y otros carbohidratos) y su exceso puede convertirse en grasa y ser almacenada como tal. El cuerpo usa 20 aminoácidos (los elementos que forman las proteínas) en su actividad metabólica. Las proteínas se clasifican en :

Holoproteínas: formadas solamente por aminoácidos

Heteroproteínas: formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético‖.

Estructural

queratina de la epidermis.

Enzimatica Son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas.

Hormonal

Defensiva

Transporte

Reserva

Macromoléculas sintéticas.

Los polímeros naturales, por ejemplo la lana, la seda, la celulosa, etc., se han empleado profusamente y han tenido mucha importancia a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta finales del siglo XIX no aparecieron los primeros polímeros sintéticos, como por ejemplo el celuloide.

Los primeros polímeros que se sintetizaron se obtenían a través de transformaciones de polímeros naturales. En 1839 Charles Goodyear realiza el vulcanizado del caucho. El nitrato de celulosa se sintetizó accidentalmente en el año 1846 por el químico Christian Friedrich Schönbein y en 1868, John W. Hyatt sintetizó el celuloide a partir de nitrato de celulosa.

El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el poli(cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.

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En 1922, el químico alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros y en 1926 expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas unidas por enlaces covalentes. Propuso las fórmulas estructurales del Poliestireno y del Polioximetileno, tal como las conocemos actualmente, como cadenas moleculares gigantes, formadas por la asociación mediante enlace covalente de ciertos grupos atómicos llamados "Unidades Estructurales". Este concepto se convirtió en "Fundamento" de la Química Macromolecular sólo a partir de 1930, cuando fue ampliamente aceptado.En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por su trabajo. Wallace Carothers, trabajando en la empresa DuPont desde 1928, desarrolló un gran número de nuevos polímeros: poliésteres, poliamidas, neopreno, etc.

La Segunda Guerra Mundial contribuyó al avance en la investigación de polímeros. Por ejemplo, fue muy importante la obtención del caucho natural por caucho sintético.

En los años 1950 el alemán Karl Ziegler y el italiano Giulio Natta desarrollaron los catalizadores de Ziegler-Natta y obtuvieron el Premio Nobel de Química en 1963.

Otro Premio Nobel de Química fue concedido por sus estudios de polímeros a Paul Flory en 1974.

En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron nuevos métodos de obtención, polímeros y aplicaciones. Por ejemplo, catalizadores metalocénicos, fibras de alta resistencia, polímeros conductores (en 2000 Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa recibieron el Premio Nobel de Química por el desarrollo de estos polímeros), estructuras complejas de polímeros, polímeros cristales líquidos, etc. Polimerización y estructura

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como polimerización por pasos o como polimerización en cadena.

En cualquier caso, el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el

tiempo de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, un peso molecular distinto, por lo que se habla de peso promedio para el polímero.

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

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

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

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero pues proviene de un único tipo de monómero, el

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estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

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

Copolímero se le llama convencionalmente a un polímero sintético, los monómeros que conforman su cadena, son 2 o más, estos se ubican en la cadena principal alternándose según el diseño en: copolímero alternante,.Copolímero en bloque Copolímero aleatorio, Copolímero de injerto. Para lograr este diseño, la reacción de polímerización y los catalizadores deben ser los adecuados.

a) Homopolímero b) Copolímero alternante c) Copolímero bloque d) Copolímero aleatorio e) Copolímero de injerto

Finalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el resto de la cadena

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

Existen varias formas posibles de clasificar los polímeros, sin que sean excluyentes entre sí. Según su origen Polímeros naturales. Existen en la naturaleza muchos polímeros y las biomoléculas que forman los seres vivos son macromoléculas de polímeros. Por ejemplo, las proteínas, la celulosa, el hule o caucho natural, la quitina, lignina, etc. Polímeros semisintéticos. Se obtienen por transformación de polímeros naturales. Por ejemplo, la nitrocelulosa, el caucho vulcanizado, etc. Polímeros sintéticos. Muchos polímeros se obtienen industrialmente a partir de los monómeros. Por ejemplo, el nylon, el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno, etc. Según su mecanismo de polimerización

En 1929 Carothers propuso una distinción de los polímeros según su mecanismo de reacción:

Unos años más tarde, Flory refinó la clasificación, dándo más énfasis a la cinética de reacción que al hecho de liberar o no moléculas pequeñas: Polímeros formados por etapas. La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos. Polímeros formados por reacción en cadena. Cada cadena individual de polímero se forma a gran

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velocidad y luego queda inactiva, a pesar de estar rodeada de monómero. Según su composición química Polímeros vinílicos. La cadena principal de sus moléculas está formada exclusivamente por átomos de carbono. Dentro de ellos se pueden distinguir: Poliolefinas, formados mediante la polimerización de olefinas. Ejemplos: polietileno y polipropileno. Polímeros estirénicos, que incluyen al estireno entre sus monómeros. Ejemplos: poliestireno y caucho estireno-butadieno. Polímeros vinílicos halogenados, que incluyen átomos de halógenos (cloro, flúor...) en su composición. Ejemplos: PVC y PTFE. Polímeros acrílicos. Ejemplos: PMMA. Polímeros orgánicos no vinílicos. Además de carbono, tienen átomos de oxígeno y/o nitrógeno en su cadena principal. Algunas sub-categorías de importancia: Poliésteres, Policarbonatos, Poliamidas , Poliuretanos, Polímeros inorgánicos. Entre otros: Basados en azufre. Ejemplo: polisulfuros. Basados en silicio. Ejemplo: silicona. Según sus aplicaciones

Atendiendo a sus propiedades y usos finales, los polímeros pueden clasificarse en: Elastómeros. Son materiales con muy bajo módulo de elasticidad y alta extensibilidad; es decir, se deforman mucho al someterlos a un esfuerzo pero recuperan su forma inicial al eliminar el esfuerzo. En cada ciclo de extensión y contracción los elastómeros absorben energía, una propiedad denominada resiliencia. Plásticos. Son aquellos polímeros que, ante un esfuerzo suficientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendo volver a su forma original. Hay que resaltar que el término plástico se aplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los polímeros. Fibras. Presentan alto módulo de elasticidad y baja extensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensiones permanecen estables. Recubrimientos. Son sustancias, normalmente líquidas, que se adhieren a la superficie de otros materiales para otorgarles alguna propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión. Adhesivos. Son sustancias que combinan una alta adhesión y una alta cohesión, lo que les permite unir dos o más cuerpos por contacto superficial. Según su comportamiento a alta temperatura

Para clasificar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. Según si el material funde y fluye o por el contrario se descompone se diferencian dos tipos de polímeros:

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Termoplásticos, que fluyen (pasan al estado liquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer (vuelven al estado solido) al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ninguno) entrecruzamientos. Termoestables, que se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas. La clasificación termoplásticos / termoestables es independiente de la clasificación elastómeros / plásticos / fibras. Existen plásticos que presentan un comportamiento termoplástico y otros que se comportan como termoestables. Esto constituye de hecho la principal subdivisión del grupo de los plásticos y hace que a menudo cuando se habla de "los termoestables" en realidad se haga referencia sólo a "los plásticos termoestables".

Pero ello no debe hacer olvidar que los elastómeros también se dividen en termoestables (la gran mayoría) y termoplásticos (una minoría pero con aplicaciones muy interesantes). Propiedades ópticas de los polímeros Fotoconductividad Electrocromismo Fotoluminiscencia (fluorescencia y fosforescencia) Electroluminiscencia Efecto fotoeléctrico Efectos ópticos no lineares Efectos electro ópticos Fotorefractividad Propiedades eléctricas

En general los polímeros tienen propiedades aislantes, para evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas. Los polímeros conductores han sido recientemente desarrollados y sus aplicaciones apenas están siendo estudiadas. Ejemplos de polímeros con alta importancia Polímeros comunes Polietileno (HDPE o LDPE, alta o baja densidad) Polipropileno (PP) Poliuretano (PUR) Policloruro de vinilo (PVC) Poliestireno (PS) Politereftalato de etileno (PET) Poli(etilenglicol)

Polímeros de ingeniería Politereftalato de etileno Nylon (poliamida 6) Polilactona Policaprolactona Polieter Polisiloxanos Polianhidrido Poliurea Policarbonato Polisulfonas Poliacrilonitrilo ABS Polióxido de etileno Policicloctano Poli(n-butil acrilato) Poliéster

Polímeros funcionales Copolímeros

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Polímeros de adición.

La reacción de polimerización implica a cada paso la formación de una molécula de bajo peso molecular, por ejemplo agua. Polímeros de condensación.

La polimerización no implica liberación de ningún compuesto de bajo peso molecular.