PRIMER TERCIO

1. QUIMICA NUCLEAR Y DESARROLLO DE ENERGÍA NUCLEAR

NUCLEOSÍNTESIS

La nucleosíntesis es la formación de elementos. El hidrógeno y el helio producidos en el Big Bang producen el resto de elementos como resultado de reacciones nucleares en las estrellas y en el espacio. Mediante el bombardeo de un átomo y empleando un acelerador de iones se pueden crear átomos.” En 1996 los científicos alemanes crearon dos átomos del elemento 112, ununbio, mediante el bombardeo de los átomos de plomo, con átomos de cinc acelerados.

PREGUNTAS DE ANÁLISIS DEL TEMA:QUIMICA NUCLEAR Y DESARROLLO DE ENERGÍA NUCLEAR.

La estrella más importante en la vida de la tierra es, indudablemente, el sol: esférico y con un diámetro 100 veces el de la tierra. La temperatura en la región central es de unos quince millones de grados Celsius. En la fotosfera es de unos 6000 grados Celsius.

1. La propiedad más importante del sol es que brilla, o que libera energía debido a reacciones de:

a) fusión nuclear
b) fisión nuclear.
Sustente la respuesta seleccionada de acuerdo al mapa conceptual.

2. El interior del sol es tan caliente que no pueden existir allí :

a) Moléculas.
b) Iones
c) Átomos
d) Protones
e) Electrones.

Sustente la(s) respuesta(s) seleccionada(s) de acuerdo al mapa conceptual.

3. Cuál es el cuarto estado de la materia ?
_____________________________

4. La fotósfera del sol está compuesta por los siguientes elementos con sus respectivos porcentajes:_______________________
Relacione esta pregunta con la respuesta anterior.

Cada segundo en el interior del sol se convierten 630 millones de toneladas de hidrógeno.

a) En qué elemento se transforma el hidrógeno ?
b) Cuántas toneladas del nuevo elemento cree que se formen y porqué ?
c) Consulte la cantidad de energía que se libera en este proceso.
d) Con este ritmo se calcula que el sol brillará para siempre o se extinguirá algún día ?

5. Una de las formas como se aprovecha la energía que proviene el sol es la fotosíntesis.
¿ Cuáles son los principales compuestos que intervienen en este proceso ?

Bandas de energía. Cada átomo consta de un núcleo y uno o más electrones que se encuentran en diferentes niveles de energía. Cuando un átomo interactúa con otro, se generan nuevos niveles de energía, llamados de unión y de antiunión , según sea su influencia en el enlace químico. En 1 cm3 de cualquier material sólido se tienen unos 1022 átomos unidos estrechamente y por tanto en interacción mutua. Debido al gran número de átomos presentes, se genera una gran cantidad de nuevos niveles, los cuales llegan a tener energías tan semejantes que prácticamente constituyen una región continua denominada banda de energía. Esto equivale a construir entrepisos en un edificio de muchos pisos, cada vez más cercanos entre sí, de hecho tan cercanos que ya no es posible distinguir uno de otro, ni determinar donde empieza o termina cada piso o nivel, así que un electrón puede ocupar cualquier posición dentro de la banda. Una variable discreta, al tomar valores muy próximos, tiende a convertirse en una variable continua.

Al interactuar los electrones que se encuentran en estos niveles se constituye la banda de valencia. Los niveles inmediatos de mayor energía contienen pocos o ningún electrón y dan lugar a la banda de conducción. Estas dos bandas suelen ser suficientes para describir los fenómenos de excitación y conducción electrónica. ¿Cuántos átomos estarán presentes en 1m3 de un sólido ?

Para primer quizz del 5% EJERCICIOS DE ENERGÍA DE FOTONES Y ELECTRONES.

1. Determinar la energía de una radiación cuya longitud de onda es 6600 Ẵ.

E = n h c / λ

2. Una lámpara de 25 W ( 1W= 1J/s-1) emite una luz amarilla cuya longitud de onda es 580nm. ¿ cuántos fotones de luz amarilla emite ?

3. La energía mínima requerida para remover un electrón de un determinado átomo es de 0,5 x 10-12erg. Calcular la frecuencia umbral de dicho átomo.

Con estos ejercicios realice la primera parte del ejercicio 4 y consulte la segunda parte de corriente eléctrica. El quizz es este mismo ejercicio con diferentes datos.

4. Un rayo de luz de 6500 Ẵ de longitud de onda y que transporta una energía de 1x105 erg por segundo, incide sobre una célula fotoeléctrica y se gasta totalmente en producir fotoelectrones.(Esta es, aproximadamente, la energía de la luz del sol y del cielo en un día luminoso, que incide sobre un área de 1cm2). ¿ cuál es la magnitud de la corriente eléctrica que pasa por el circuito del que forma parte la célula fotoeléctrica ?

Consultar las constantes que se requieran en el ejercicio.


2. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

a) Delimitar la estructura electrónica externa del átomo= 2s2, 2p3 El número cuántico principal =2 define el período = 2. La estructura electrónica externa la conforman los subniveles s y p.

b) Los electrones de este nivel externo definen el número del grupo = 2+3 = 5 = grupo 5.
El nitrógeno corresponde a un grupo principal “p”. Con los grupos d y f no se cumple esta regla.
Consultar este tema de elementos de tranasición y de doble transición y transición interna.

TAREA de autoevaluzción Nº 1 Determinación de grupo y periodo de acuerdo a la configuración electrónica.

METODOLOGÍA PARA UBICAR LOS ELEMENTOS EN LA TABLA PERIÓDICA.

c) Delimitar la estructura electrónica externa del átomo= 2s2, 2p3 El número cuántico principal =2 define el período = 2 .La estructura electrónica externa la conforman los subniveles s y p.

d) Los electrones de este nivel externo definen el número del grupo = 2+3 = 5 = grupo 5.

El nitrógeno corresponde a un grupo principal “p”. Con los grupos d y f no se cumple esta regla.
Consultar este tema de elementos de tranasición y de doble transición y transición interna.

1. Con base a la distribución electrónica de Auf Bau determine el grupo y el periodo en el que se ubican en la tabla periódica los siguientes elementos:

Ejercicio de ejemplo. Desarrollar la distribución electrónica para el átomo de nitrógeno. Este átomo se representa como 7N14, lo cual indica que posee 7 protones, 7 electrones y 7 neutrones. Según esto, según esto, se desarrolla el conteo para la distribución de 7 electrones del átomo de nitrógeno.

METODOLOGÍA PARA REPRESENTAR LAS ESTRUCTURAS ELECTRÓNICAS DE LOS ÁTOMOS.

a) A partir del número atómico se representan simbólicamente las estructuras electrónicas

b) Se distribuyen los electrones de cada átomo en los niveles y subniveles de energía según el diagrama de Moeller
1s2, 2s2, 2p3

De lo anterior se desprende que los 7 electrones se ubican así: dos en el primer nivel con momento angular s, 5(grupo 5) en el segundo nivel (período 2) de los cuales 2 poseen momento angular s y 3 momento angular p. Obsérvese que los valores 1s y 2s poseen el número máximo posible de electrones para este momento angular (s); al contrario el valor 2p sólo posee 3 electrones de 6 que ese momento angular podría contener.

1. Con base a la distribución electrónica de Auf Bau determine el grupo y el periodo en el que se ubican en la tabla periódica los siguientes elementos:

38Sr88 ,
24Cr52 (Z=24)
47Ag107 (Z=47)
33As75 (Z=33)
18Ar40 (Z=18)
92U238 (Z=92)
fósforo (Z=15)

2. Represente la configuración electrónica para los primeros 3 periodos. de los elementos correspondientes a los grupos : I-.A, II-A, VII-A y VIII. Compare el número principal “n” del nivel externo con el periodo al que pertenece cada elemento. Compare el número de electrones del nivel externo con el grupo al que pertenece cada elemento. Concluya.

3.PROPIEDADES PERIÓDICAS.

TAREA Nº 2 Orden de los elementos de acuerdo a las propiedades periódicas

1. Ordenar de manera ascendente los siguientes elementos según su potencial de ionización :

Rutenio 44Ru: Grupo 8 (VIIIB) ; periodo = 5
Escandio: 21Sc: Grupo 3 (IIIB) ; periodo = 4
Neón: 10Ne Grupo 18 (VIIIA) ; periodo = 2
Cinc: 30Zn Grupo 12 (IIB) ; periodo = 4
Azufre 16S Grupo 16 (VI-A) ; periodo = 3
Sodio 11Na Grupo 1 (I-A) ; Periodo = 3

2. Escriba las configuraciones electrónicas del cobre y del ión cobre Cu2+
Estrategia. Determinar la configuración del átomo neutro. Quitar los electrones de la capa de valencia de los orbitales p, luego los de los orbitales s y finalmente, si es necesario, los de los orbitales d de la siguiente capa, hasta que el número de electrones removido iguale la carga del ión.

4. MAPA CONCEPTUAL. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS. ELEMENTOS DEL GRUPO I

-Son los más violentamente reactivos de todos los metales.
-Todos los metales alcalinos reaccionan directamente con casi todos los no metales a excepción de los gases nobles.
-La mayoría de sus compuestos son iónicos.
Son excelentes agentes reductores.
-La fuerza de la reacción con agua se incrementa uniformemente al descender en le grupo. Con los elementos que inician el grupo se produce inflamación de los mismos al contacto con agua, en tanto que con el rubidio y el cesio se producen explosiones.

Li Los compuestos de litio se utilizan en cerámicos, lubricantes y medicinas
Na, K. Forma cloruros , nitratos e hidróxidos muy solubles en agua.

Rb, Cs, Fr.____________________________

ELEMENTOS DEL GRUPO II

-Está presente en el carbonato de calcio, yeso y piedra caliza, importantes materiales de construcción.
-El mármol es una forma de carbonato de calcio
-El concreto es una mezcla de material adherente y de relleno, en la cual el adherente es el cemento y el material de relleno es grava, la cual algunas veces se aligera con polímero.
-El cemento se fabrica calcinando en el horno una mezcla de piedra caliza, arcilla, arena y óxido de hierro.
-El producto de calcinación contiene óxido de calcio, silicatos de calcio y silicatos de calcio y aluminio. Estos gránulos son molidos con yeso, CaSO4.2H2O

Estos metales, algunos de ellos blandos deben su importancia a la resistencia a la corrosión. Estos metales se vuelven menos activos en presencia de aire, en cuya presencia desarrollan una capa superficial protectora de óxido.
El Mg es mas costoso que el acero . Debido a su baja densidad, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión se emplea en aviación.

Be, Mg. No se disuelven en ácido nítrico debido a que se vuelven pasivos por una película de óxido.

El Be muestra un indicio de carácter no metálico.

Sr, Ba, Ra.
_____________________________________________________________

FAMILIA DEL BORO. bloque p.

Metaloide. Forma enlaces covalentes. Se le encuentra formando una estructura icosaédrica basada en grupos de 12 carbonos. Debido a la red tridimensional el boro es muy duro. Se le adiciona al plástico, con lo cual se obtiene un material liviano pero resistente.
El boro también se emplea en aeronaves, misiles y armadura personal.
Boranos, borohidruros y boruros. Los boranos son una serie extensa de compuestos binarios de boro e hidrógeno, en cierta forma análogos a los hidrocarburos.

Al. Se encuentra en estructuras cristalinas que hacen parte de materiales cerámicos, del cual la alúmina, Al2O3 .x H2O es uno de los minerales más importantes.
Minerales preciosos. La α alúmina se puede encontrar en forma impura,
Rubí. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Cr3+
Zafiro. En la cual algunos iones Al3+ han sido remplazados por Fe3+ y Ti4+
Topacio. Alúmina con impurezas de Fe3+
Sulfato de aluminio. Al2(SO4)3 Al reaccionar con agua forma hidróxido de aluminio ( Al(OH)3) compuesto de consistencia esponjosa que retiene las impurezas del agual.

COMPUESTOS DEL CARBONO.

Si. El silicio es el segundo elemento mas abundante en la corteza terrestre. Se lo encuentra en las rocas en forma de silicatos. SiO32- o como sílice, SiO2 de la arena . La sílice obtiene su fuerza de su estructura reticular unida de forma covalente. En la sílice, cada átomo de silicio se encuentra en el centro de un tetraedro de átomos de oxígeno y cada átomo de O de las esquinas es compartido por dos átomos de Si.Cuarzo Se conoce como cuarcita. Se emplea en semiconductores. El cuarzo está constituído por cadenas helicoidales enrolladas entre sí. Formas impuras de sílice.

Amatista.__________________________________
Agata.____________________________________
Önix._____________________________________
Jade._____________________________________

Silicio amorfo. Dispositivos fotovoltaicos que producen electricidad a partir de la luz solar.
Asbesto. Forma estructuras en forma de escaleras. La tremolita, Ca2Mg5(Si4O11)2(OH) . Soportan calor extremo, por lo cual se emplean para aislamiento

Aluminosilicatos. Si el a Al3+ remplaza algo del silicio IV el resultado son estructuras muy complejas,Como:
Mica. Mineral. Material en capas transparentes que se emplean en las ventanas de los hornos.
Granito. ____________________________________

Siliconas. -O-Si-O -Si-O-Si-O Material sintético.____________________________________

Estaño. Metal costoso y resistente a la corrosión. Se emplea en hojalatas. En aleación con cobre forma el bronce.

C. Diferentes formas del carbono sólido o ALÓTROPOS del carbono

Carbonilla o negro de carbón. Usos. Pigmentos, tintas. Se obtiene de hidrocarburos gaseosos.

Carbón activado. Gránulos de carbón microcristalino. Se emplea en purificadores de aire y máscaras de gas, filtros de agua para acuarios y en procesos químicos. Se obtiene de materia orgánica residual por calentamiento. Contiene alrededor de 2000m2 por gramo

Grafito. Consiste en láminas planas de átomos de carbono en una red hexagnal.Conductor de electricidad. Se emplea como electrodo.

Diamante. Es la sustancia más dura que se conoce. Es el abrasivo ideal porque puede rayar todas las otras sustancias y aún así deja escapar el calor generado en la fricción.

Fullerenos. Nanoestructuras. C60Se descrubrieron en 1985. Consiste en moléculas de carbono en forma de pelota de fútbol. Se conocen con el nombre deBuckminsterfullereno, nombre dado en honor a un arquitecto diseñador de domos geodésicos. Su interior hueco puede contener un átomo de otro elemento. Se forma en las estrellas y por lo tanto el universo debe contener un inmenso número de ellos.

Algunos fullerenos consisten en nanotubos o estructuras concéntricas de sucesiones de tubos en el interior de otros tubos, cada uno conformado por estructuras similares a las del benceno con electrones deslocalizables que pueden formar extensiones de fibras conductoras con una gran área superficial.

Uso.

Superconductores. Por debajo de los 18K Su gran resistencia y conductividad han llevado a utilizarlos en componentes electrónicos submicroscópicos tales como transistores.
Nanomoldes. Su rigidez hace que se puedan emplear como moldes para otros elementos. Pueden ser llenados con plomo fundido para crear cables de plomo de un átomo de diámetro.
Nanotubos sensores. Los nanotubos que son llenados con biomoléculas tales como citocromo c prometen actuar como nanosensores para aplicaciones médicas.
Su interior se puede emplear como como un medio para conducir

Medicina. Algunas estructuras sólidas denominadas fulleritas parecen ser activas contra el cáncer y el sida. Debido a su interior hueco se puede emplear como tubería de unos pocos nanómetros de diámetro que puede ser usada para inyectar un fármaco dentro de una única célula.


5. CONCEPTOS DE MOL, ÁTOMO-GRAMO, MOLÉCULAS, NÚMERO DE AVOGADRO, LEY DE PROPORCIONES DEFINIDAS.

Ley de las proporciones definidas

Un compuesto puro siempre está formado por los mismos elementos combinados en las mismas proporciones de masa o cantidad de sustancia. Por ejemplo, el CO2 es un compuesto molecular y las moléculas de CO2 están formadas por 1 átomo de carbono y 2 átomos de oxígeno, de manera que en cualquier cantidad de masa siempre se conservará esta relación, la cual se puede expresar en masa o en moles.

simbolos y formulas

En el caso del cloro el símbolo puede representar:
6,02 X 1023 átomos de cloro
UN átomo gramo de cloro
35,45g de cloro

TAREA de autoevaluación Nº 3 Para preparar cuarto quizz del 5% Conceptos de mol, átomo-gramo, moléculas, número de Avogadro, ley de proporciones definidas. Para preparar

1. Una cantidad de Al2(CO3)3 por análisis proporciona 1,32 moles de Al. ¿Cuántas moles de C y
de O se encuentran presentes en esta sustancia ?

2. Cuántos átomo-gramo hay en 4,8g de oxígeno (M = 16)

3. Cuántos gramos de cobre hay en 7,3 at-g de dicha sustancia.

4. Cuántas moles, moléculas, át-g de carbono , át-g de oxígeno, gramos de carbono y gramos de
oxígeno hay en 2g de dióxido de carbono.

5. Calcular los gramos de hierro (Fe) que hay en 150g de óxido de hierro (III) (Fe2O3)

6. Cuál es el número máximos de moles de átomos de óxido de hierro III (Fe2O3) que pueden prepararse a partir de 10 mol de Fe.

7. Cuántas moles serán 1,2 x 1023 moléculas de NH3 ? ¿ cuál es su masa ?

8. Cuántos gramos de calcio hay en una tonelada de Ca3(PO4)2


6. FORMULA EMPÍRICA Y MOLECULAR O VERDADERA.

TAREA de autoevaluación Nº 4 tema del 4º quizz

Metodología

a) Se calculan las moles de cada elemento

b) Si la composición está dada en porcentaje la base de calculo corresponde a 100g de masa y cada uno de los porcentajes se toma como su masa en gramos.

c) Se divide la cantidad de sustancia por la menor de todas

d) Si los numeros calculados son enteros o aproximadamente enteros estos corresponden a los subíndices de la fórmula empírica.

e) Si alguno de los números calculados no es aproximable a un número entero, entonces se multiplican todos por un factor tal que se obtengan números enteros que serán los subíndices de los elementos en la fórmula empírica.

Formula global.

a) Se divide la masa molar entre la masa molar de fórmula empírica. El número resultante indicará las veces que está contenida la fórmula empírica en la global.

b) multiplicar el número antes calculado por los subíndices de la fórmula empírica para obtener los subíndices de la fórmula global

1. Se encontró experimentalmente que el sulfato de cinc contiene 0,241 mol de cinc (Zn), 0,241mol de azufre (S), 0,964 mol de oxígeno (O). Cuál es su fórmula química ?
( consultar la masa molar del sulfato de cinc)

2. Dadas las siguientes formulas empíricas y pesos moleculares calcular la formula molecular verdadera:

CH2 84 g/mol
HO 34 “
CH2O 150 “
HgCl 472 “
HF 80 “

3.Por combinación de 2,8g de CaCl2 con 2,11g de NH3 se forma un compuesto. Cuál es su fórmula ?

CaCl2 = 111 g/mol
NH3 = 17g/mol

Tema del cuarto quizz del 5% Estudiar la estrategia del desarrollo de este ejercicio para aplicarla en el quizz, obviamente con otro tipo de compuesto.
Ejercicio de ejemplo. El plástico ABS es un polímero usado en aplicaciones que requieren resistencia al impacto.

El polímero consiste en 3 monómeros:

Acrilonitrilo = C3H3N ; Butadieno = C4H6 ; Estireno = C8H8

Una muestra de ABS contiene 8,8% de N en masa. Este requiere 0,605g de Br2 para reaccionar completamente con 1,2g de muestra plastica ABS. El bromo reacciona 1:1 (por mol) con el butadieno en el polímero. ¿ cuál es el porcentaje en masa de acrilonitrilo y butadieno en el polímero ?

Se toma como base de calculo 100g de todo el polímero. De los 100g, 8,8g corresponden a nitrógeno.

8,8 g N x 1mol N / 14g = 0,63 mol de N.
Se hallan las moles de carbono en C3H3N por relación con las moles de nitrógeno.:

0,63 mol de N. x 3 moles C / 1 mol N = 1,89 moles C
Se hallan las moles de H por relación con las moles de N

0,63 mol de N. x 3 moles H / 1 mol N = 1,89 moles H
Se pasan todas estas moles a gramos:

0,63 mol de N. x 14g N / 1 mol N = 8,82 g N
1,89 moles C x 12g C / 1 mol C = 22,7 g C
1,89 moles H x 1g H / 1 mol H = 1,89g H

33,41g de acrilonitrilo (C3H3N) = 33,41 %

b) moles de bromo:

0,605 g Br2 x 1 mol Br2 / 159,8g = 3, 79 X 10-3 mol Br2
Puesto que la reacción es 1:1 las moles de bromo reaccuionan 1:1 con el butadieno:

3, 79 X 10-3 mol Br2 = 3, 79 X 10-3 mol de butadieno (C4H6)

3, 79 X 10-3 mol de butadieno (C4H6) x 54 g / 1 mol de C4H6 = 0,205 g de C4H6

0,205 g de C4H6 → 1,2g ABS
X 100g ABS X 17, 08g de butadieno (C4H6)

Conclusión:

Acrilonitrilo [C3H3N]: 33,41% ; Butadieno [C4H6 ]: 17,08 ; Estireno [C8H8 ]: 49,51 %


7. BALANCEO DE REACCIONES.

TAREA de autoevaluación Nº 5 Tema del quinto quizz 5% calculos estequiométricos.

4.1. Balanceo por tanteo o inspección. Es un método en el cual se contabilizan los átomos de cada compuesto y se igualan en ambos lados de la ecuación. Aunque no existe un procedimiento de uso general para el balanceo de todas las reacciones, en algunos casos se puede emplear la siguiente estrategia:

· Se inicia el balanceo de las moléculas más complejas
· Para la molécula más compleja es conveniente ajustar el metal y el no metal .
· Se ajusta el hidrógeno
· Se ajusta el oxígeno.

En algunas reacciones las moléculas presentan una complejidad similar, en cuyo caso se debe examinar si es conveniente ajustar primero el hidrógeno, luego metales y no metales y por último el oxígeno.


1. Balancee la reacción: CH4 + O2 ↔ CO2 + H2O

2. Balancee la reacción: (NH4)2Cr2O7(s) → Cr2O3(S) + N2(g) + H2O
Dicromato de amonio óxido de cromo III

3. Balancee la reacción: C2H5OH(l) + O 2(g) → 2CO2(g) + H2O

4. Balancee la reacción: NH3 + O 2 → NO(g) + H2O


CALCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS.

A. Cantidad de reactivos y productos.
Metodología para calcular la masa de reactivos y productos en una ecuación química.

Se balancea la reacción.
Se convierte la masa de conocida de reactivos o productos a moles
Se establece la relación molar con el reactivo o producto de interés
Se realiza la conversión de moles a gramos de la sustancia requerida.

Una vez balanceada la reacción se pueden establecer relaciones estequiométricas en masa, ya que esta es el verdadero interés a nivel experimental.

Ejercicio 1. ¿ Qué cantidad de oxígeno reacciona con 96,1g de propano ?

C3H8(g) + 5O2(g) ↔ 3CO2(g) + 4H2O

Ejercicio 2. El hidróxido de litio (LiOH) es usado en vehículos espaciales para remover el dióxido de carbono del medio ambiente, por formación de carbonato de litio sólido y agua líquida. Qué cantidad de masa de dióxido de carbono puede ser absorbida por 1 Kg de hidróxido de litio ?

B. Calculos que implican reactivo límite.

Las reacciones se llevan a cabo de tal forma que los componentes reaccionan en cantidades estequimétrica, como lo indica la ecuación balanceada. Si esta relación no se cumple se tendrá un reactivo en exceso y un reactivo límite.

1. Calcule la masa de agua requerida para reaccionar exactamente con 2,5 x103 kilogramos de metano.

2,5 x106 g de CH4
El hidrógeno es obtenido por reacción de metano con vapor de agua.

CH4(g) + H2O(g) ↔ 3H2(g) + CO (g)

2. Calcule el reactivo límite para la reacción que se lleva a cabo entre 50 moléculas de hidrógeno

(H2) Considere la reacción:
2H2(g) + O2(g) ↔ 2H2O

3. Calcule el reactivo límite para la reacción que se lleva a cabo entre 100 moléculas de hidrógeno y 40 moléculas de oxígeno en la reacción anterior.

4. Se hacen reaccionar 10 moléculas de metano con 17 moléculas de agua. Qué cantidad de hidrógeno y monóxido de carbono se forma ?

5. El amonio es un fertilizante importante, y a su vez es materia prima para la síntesis de otros fertilizantes, el cual se obtiene de acuerdo a la siguiente reacción:

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)

a) Si se mezclan 5 moléculas de nitrógeno con 9 moléculas de hidrógeno. ¿ En qué forma se consumen los reactantes ?

b) Se mezclan 25 Kg de nitrógeno y 5 Kg de hidrógeno para formar amonio. Calcule la cantidad de gas amonio producido en la reacción.

6. a) Cuando se mezclan plata y (S8) se forma sulfuro de plata. ¿ qué masa de sulfuro de plata (Ag2S) es producida de una mezcla de 2 g de plata (Ag) y 2 g de S8 ?

16 Ag(s) + S8(s) ↔ 8 Ag2S(s)

Ag = 107 g/mol ; S = 32g/mol ; Ag2S = 247,8 g/mol

b). Cuál es la masa de reactante luego de la reacción ?

7. El mercurio y el bromo reaccionan para producir bromuro de mercurio (II)

Hg(l) + Br2 (l) ↔ HgBr2(s)

Qué cantidad de bromuro de mercurio puede ser producida por reacción de 10g de mercurio y 9
g de bromo ? Qué masa de cada reactante queda sin reaccionar ?
Hg = 200,6 g/mol ; Br = (79,9gX2) = 159,8 g Br2 ; HgBr2 = 360.4g/mol

8. En la siguiente reacción sin balancear qué masa de sulfato de calcio y ácido fosfórico pueden ser producidas por reacción de 1Kg de fosfato de calcio con 1Kg de ácido sulfúrico del 98% en masa:

Ca3(PO4)2 + H2SO4(aq) ↔ CaSO4(s) + H3PO4(aq)
Fosfato de calcio ácido sulfúrico sulfato de calcio ácido fosfórico

C. Porcentaje de rendimiento.

Rendimiento teórico. La máxima cantidad de producto formado cuando el reactivo límite es completamente consumido se llama rendimiento teórico.
La cantidad de producto obtenida experimentalmente se denomina rendimiento experimental.
La relación entre estas dos cantidades se denomina porcentaje de rendimiento.

1. El nitrógeno gaseoso puede ser preparado haciendo pasar el amonio gaseoso sobre óxido de cobre (II) a altas temperaturas. Los otros productos son cobre sólido y vapor de agua. Se hacen reaccionar 18,1g de amonio gaseoso con 90,4g de óxido de cobre (II). Cuál es el reactivo límite ? Qué cantidad de nitrógeno en gramos se forma ?

2NH3(g) + 3CuO(s) ↔ N2(g) + 3Cu(s) + 3H2O(g)
Producción experimental / producción teórica x 100 = % de rendimiento.

2. En el ejercicio anterior se encontraron experimentalmente 6.63g de nitrógeno. Cuál es el porcentaje de rendimiento ?


8. QUIMICA DEL ESTADO GASEOSO.

TAREA de autoevaluación. Nº 6. Tema PARCIAL DEL PRIMER TERCIO. Ejercicios de leyes de los gases.

Presión. La presión es una variable termodinámica intensiva, que se expresa adecuadamente en atmósferas, bares o Kg/cm2
La presión es una fuerza ejercida perpendicularmente sobre la unidad de superficie.
La unidad de presión en el sistema internacional (SI) es el N/m2 que recibe el nombre de pascal ( en honor a Blas pascal)

Ejercicios de gases.

1. Una muestra de hidrógeno (H2) tiene un volumen de 8,56L a una temperatura de 0ºC y una presión de 1,5 atm. Calcular las moles de H2 presentes en la muestra de gas.

2. Suponga que tiene una muestra de gas amoníaco de un volumen igual a 3,5 L y una presión de 1,68 atm. El gas es comprimido a un volumen de 1,35L a temperatura constante. Calcule la presión final del gas.

3.Una muestra de gas metano que tiene un volumen de 3.8L a 5ºC es calentada hasta 86ºC a presión constante. Calcule el nuevo volumen.

4. Una muestra de gas diborano (B2H6), una sustancia que entra en combustión cuando es expuesta al aire, tiene una presión de 345 torr a una temperatura de -15ºC y un volumen de
3,48 L. Si las condiciones cambian a una temperatura de 36ºC y una presión de 468 torr, cuál será el volumen de la muestra ?

5. Un recipiente que contiene 0,35 mol de gas argón a una temperatura de 13ºC y una presión de 568 torr es calentado hasta 56ºC y una presión de 897 torr. Calcular el cambio en el volumen.

6. Calcule el volumen que ocupa 1 mol de gas a condiciones normales.

7. Una muestra de gas nitrógeno tiene un volumen de 1,75 L a STP ¿ cuántas moles de nitrógeno están presentes ?

8. Qué volumen ocupan en forma independiente 1 mol de cada una de las siguientes cantidades de sustancias: 32g de O2 ; 2g de H2 ; 17g de NH3

9. La presión necesaria para fabricar diamantes sintéticos a partir de grafito es 8 x104 atm Exprese esta presión en a) Pa ; b) Kbar ; c) Torr ; d) lb /plg2

10. Un cilindro de gas argón presenta una presión de 29,4lb/pulg2 . Convierta esta presión en: a) kPa ; b) torr ; c) bar ; d) atm

11. Se desea fabricar un manómetro con agua de mar, cuya densidad es igual a 1,1 g/cm3
¿ qué altura alcanzará el agua en el barómetro, teniendo en cuenta que un barómetro de mercurio alcanzaría 73,5 cm ? La densidad del mercurio es 13,6 g/cm3

12. Suponga que el ancho de su cuerpo ( a la altura de los hombros) es de 20 pulg. Y que su profundidad ( de pecho a espalda) es de 10 pulg. Si la presión atmosférica es 14,7 lb / pulg2 ¿ Qué masa de aire soporta su cuerpo cuando usted se encuentra en posición erguida. ?

13. Determine la presión final cuando a) se transfieren 7,5 ml de criptón a 2,00 x 105 kPa a un recipiente de volumen 1,0 L b) se comprimen 54,2 cm3 de oxígeno a 643 Torr hasta 7,8 cm3
Considere que la temperatura es constante.

14. Un globo de helio posee un volumen de 22,5L cuando la presión es 0, 951 atm y la temperatura es 18ºC. Se enfría el globo a una presión constante hasta que la temperatura es -15ºC. ¿ Cuál es el volumen del globo en esta estapa ?

15. Un recipiente con hidrógeno con un volumen de 300m3 está a 1,5 atm y 10ºC a las 2:00 de la mañana. A las 2:00 de la tarde la temperatura se ha elevado hasta 30ºC ¿ cuál es la nueva presión de hidrógeno en el recipiente ?

17. Se prepara 1,0 mol de gas Ne a determinada presión y temperatura en un recipiente ecpansible. Luego se agrega 0,01 mol de Ne al mismo recipiente. ¿ cómo debe modificarse el volumen para que la presión y la temperatura se mantengan iguales ?

18. Le informan que 35,5 de xenón ejercen una presión de 0,255 atm a -45ºC

a) Qué volumen ocupa la muestra a 1,0 atm y 298 k?
b) Qué presión ejercería si fuera transferida a un frasco de volumen 12 ml a 20ºC ?
c) Calcule la temperatura necesaria para que el xenón ejerza una presión de 5,0x102 torr en el frasco.

27. El efecto de la alta presión sobre los organismos, incluidos los seres humanos se estudia para obtener información acerca del buceo a altas profundidades y la anestesia. Una muestra de aire ocupó 1,00L a 25ºC y 1,0 atm. ¿ qué presión ( en atm) se necesita para comprimir el aire a 239 cm3 a esta temperatura ?

29.Se sabe que el monóxido de nitrógeno, NO, actúa como un neurotransmisor. Para estudiar su efecto se recogió una muestra en un recipiente cuyo volumen fue de 250 ml . A 19.5ºC la presión del gas en este recipiente es de 24,5 KPa ¿ qué cantidad de NO se recogió ?

31. nivel del mar, con una presión de 104 KPa y una temperatura de 21ºC, una determinada masa de aire ocupó 2 m3 ¿hasta qué volumen se expandirá la masa de aire cuando se haya elevado hasta una altura en la cual la presión y la temperatura son a) 52 kPa , -5ºC; b)880.Pa, Pa -52ºC ?

Movimiento molecular.

1. Cuál es la fórmula molecular de un compuesto de fórmula empírica CH que difunde 1,24 veces más lentamente que el criptón a la misma temperatura y presión ?

2. A cierta cantidad de átomos de helio le toma 10s para efundir a través de una barrera porosa. ¿ cuánto tiempo le tomará a la misma cantidad de moléculas de metano, CH4 para efundir en las mismas condiciones ?

3. Una muestra de gas argón efunde a través de un tapón poroso en 147 s. Calcule el tiempo requerido para que el mismo número de moles de a) CO2 b) C2H4 c) H2 d) SO2 efunda en las mismas condiciones de presión y temperatura.

5. Un hidrocarburo de fórmula empírica C2H3 tarda 349s en emanar a través de un tapón poroso; en las mismas condiciones de temperatura y presión, el mismo número de moléculas de argón emana en 210 s. ¿ Cuál es la masa molar y la fórmula molecular del hidrocarburo ?

ESTEQUIOMETRÍA DE GASES.

A. Ley de los volúmenes de combinación.

Enunciada por Gay-Lussac en 1808:
“En las reacciones químicas entre gases, la relación de volúmenes es constante y se puede expresar mediante números sencillos”
3H2 + N2 → 2NH3
3 volúmenes 1 volumen 2 volúmenes.

B. Ley de Avogadro. Volumen molar.

Fue enunciada por Avogadro en 1811 y establece que:
“Volúmenes iguales de todos los gases, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”
En consecuencia, la relación entre los volúmenes es la misma que la relación entre las moléculas.

3 H2 + 2N2 → 2NH3
Tres volúmenes de hidrógeno, H2, reaccionan con un volumen de nitrógeno, N2, porque cada moléculas de nitrógeno reacciona con tres moléculas de hidrógeno, para dar dos moléculas de amoníaco.

1. El óxido de calcio (CaO) es producido por descomposición térmica del carbonato de calcio (CaCO3). Calcule el volumen de CO2 producido a condiciones normales por la descomposición de 152 g de carbonato de calcio, de acuerdo a la reacción:

CaCO3(S) → CaO(s) + CO2(g)

Con las moles de carbonato de calcio se hallan las moles de dióxido de carbono a condiciones normales. No es necesario emplear toda la ecuación.

1,52 mol CO2 x 22,42L CO2 / 1 mol CO2 = 34,1 L CO2

2. Una muestra de gas metano tiene un volumen de 2,8 L a 25ºC y 1,65 atm es mezclado con oxígeno, el cual tiene un volumen de 35,0L a 31ºC y 1,25 atm..La mezcla es calentada para formar dióxido de carbono y agua. Calcular el volumen formado de CO2 a una presión de 2,5 atm y una temperatura de 125ºC.

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2 (g) + 2 H2O(g)

Moles de metano: 0,189 mol.
Moles de oxígeno: 1,750 mol

Reactivo límite: metano. Se forman 0,189 moles de CO2 con las cuales se puede calcular el volumen a las condiciones dadas.
Respuesta: 2,47 L de CO2

3. Calcular el volumen de O2, a condiciones normales, requerido para la combustión completa de 125g de octano (C8H18) a CO2 y H2O

4. Calcular las moles de oxígeno a 0ºC y 1atm de presión, requeridas para la combustión completa de
3,26 L de acetileno

2 C2H2(g) + 5 O 2(g) → 4 CO2(g) + 2 H2O(l)
acetileno

5. El acetileno se puede obtener a partir del metano mediante la siguiente reacción:
CH4(g) → C2H2(g) + H2(g)

En la reacción de 32 L de metano se obtiene un volumen total de gases (a 727ºC y 2atm) correspondiente al acetileno e hidrógeno formados y a un 90% en volumen de metano sin reaccionar. Calcule el volumen de acetileno producido .

6. A 1000ºC y 1,0 atm la reacción de obtención de acetileno alcanza su máximo rendimiento, puesto que los productos de descomposición ( H2 y C ) corresponden únicamente al 5%. Calcule el volumen de acetileno y de hidrógeno producidos al hacer reaccionar 250 L de metano en estas condiciones.

2CH4 → C2H2 + 3H2
C2H2 → 4H2 + 2C (5%)

7. Por combustión de propano con suficiente cantidad de oxígeno se obtienen 300 litros de CO2 medidos a 97.248 Pa y 285 K. Calcular:

a) Número de moles de todas las sustancias que intervienen en la reacción.
b) Número de moléculas de agua obtenidas.
c) Masa de propano que ha reaccionado.
d) Volumen de oxígeno necesario, en condiciones normales, suponiendo que la composición volumétrica del aire es 20% de oxígeno y 80% de nitrógeno. C3H8 = 44 g/mol.


TAREA de autoevaluación. Nº 7. tema del Sexto quizz 5%.. concepto de pendiente aplicado a la ecuación de gases ideales.

1. Represente una gráfica del volumen en función de la temperatura para 1,0 mol de gas, indicando las curvas para presiones de entre 11.000 atm y 15.000 atm en incrementos de
1000 atm para T = 0 K a 400 K.

a) cuál es la expresión para la pendiente de cada una de estas líneas ?
b) Cuál es la ordenada en el origen de cada una ?
Si se adicionan 10 moles más, cuál es la presión para cualquiera de los puntos representados en la gráfica.

Solución.

Se emplea PV = nRT
Graficando P en función de temperatura, la pendiente es nR / P

2. Represente una gráfica de la presión en función de la temperatura para 1,0 mol de gas, indicando las curvas para volúmenes de entre 0,01L y 0,05L en incrementos de 0,01L para T = 0K a 400 K.

c) cuál es la expresión para la pendiente de cada una de estas líneas ?
d) Cuál es la ordenada en el origen de cada una ?
Si se adicionan 10 moles más, cuál es el nuevo volumen para cualquiera de los puntos representados en la gráfica.

Solución.

Se emplea PV = nRT
Graficando P en función de temperatura, la pendiente es nR / V


TAREA de profundización Nº 8 diagrama de flujo de presión

ASPECTOS GENERALES DE PRESIÓN

Equipos empleados para producir presiones.

Autoclaves Hasta 5000 atmósferas: mediante el empleo de un exprimidor en el cual una muestra de la sustancia se comprime entre yunques. El límite superior sólo puede alcanzarse a temperatura ambiente. Cuanto menor sea la muestra mayor será el empuje.
Bombas,compresores. Presiones estáticas 30 Kb. El pistón es accionado por un sistema de émbolo hidráulico provisto de aceite de 700 bares, los cuales pueden ser convertidos en 100Kb y más.

Métodos gravitatorios. mediante una columna de líquido en un tubo vertical. El empleo corriente de la palabra hidrostática para describir estas presiones resulta ambiguo y confunde las presiones producidas por una columna vertical de sustancia, esto es, las presiones gravitatorias, con presiones en las que la fuerza se ejerce por igual en todas las direcciones, esto es, presiones isotrópicas.

Presiones naturales.

Presiones gravitatorias en función de la altura. Un tubo de agua de 100 m de altura, dará en su extremo inferior una presión de 9,8 bares; el mismo tubo de mercurio dará una presión de alrededor de 133 bares; pero aún para estas presiones el tubo resulta inadecuadamente alto. La mayor presión de una columna líquida se alcanzó con mercurio, a una altura de 270m, alcanzándose presiones de 370 bares (370 atm).

Métodos térmicos de producción de presión. Para la producción de presiones altas en pequeña escala son asequibles numerosos métodos que se basan en los cambios de presión o volumen que acompañan a los cambios de energía térmica. Las presiones que se producen en oposición a la expansión térmica pueden conseguirse, por ejemplo, encerrando un líquido en un vaso a temperatura baja, y calentando luego a temperatura alta. Por medio de este método se pueden obtener presiones de 1 Kbar. Estas presiones se han alcanzado con recipientes lo suficientemente fuertes a 0ºC de temperatura inicial y 95ºC de temperatura final, suponiendo que el recipiente no sufre expansión térmica, ni dilatación bajo esfuerzo. De hecho, estos dos últimos efectos están siempre presentes y reducen la presión producida.

Nosotros vivimos inmersos en fluidos.

La atmósfera que ejerce sobre nosotros una presión llamada presión atmosférica. Esta presión, según el principio fundamental de la hidrostática varía, siendo mayor a nivel del mar que en una montaña. Torricelli (1643) fue el primero que logró medir la presión atmosférica mediante un curioso experimento consistente en llenar de mercurio un tubo de 1m de largo ( cerrado por uno de sus extremos) e invertirlo sobre una probeta llena de mercurio. Sorprendentemente la columna de mercurio descendió unos centímetros permaneciendo estática a unos 76cm (760 mm) de altura, atmósfera nitrógeno (78%) y oxígeno ( 21%).

La columna de aire ( atmósfera) es de 40 Km, y ésta ejerce una presión que equivale al ascenso de 76 cm de mercurio. Es asombroso ver como una diferencia de densidades hace que un pequeño volumen de mercurio de 76 cm iguale una presión de una colunma de aire de 40 Km.

Patm =d Hg x H hg = 13,6 g/ cm3x 76 cm =1033,6 g/ cm2 = 101,293 N/m2= 101.293Pa.

Presión en el centro de la tierra: 4 x 106 bares, y en el interior de otros cuerpos astronómicos representa las presiones estáticas naturales más altas.

Presión en los océanos. Se alcanzan presiones de hasta 1Kbar. Sin embargo no se ha hecho uso de ellos y las presiones de 1Kbar se producen mediante bombas.

Riesgos de alta presión
↓

Un sistema que se comprime es un sistema que almacena energía. Dicha energía depende de la muestra que está siendo sometida al proceso de compresión . Obviamente la energía almacenada depende del volumen. La energía almacenada en líquidos comprimidos es mayor que en sólidos. Un recipiente con 1L de agua a 0ºC comprimido a 1 Kb presenta una energía almacenada de unos 4Kj. Los riegos de mayor magnitud se encuentran en el trabajo a presión alta con gases.
Energía almacenada en gases comprimidos. La peligrosidad está dada en la proporción de energía almacenada.

Si se tienen 4200 L con una presión de un bar, y estos se comprimen hasta 35 L con una presión muy superior, igual a 120 bares, en el sistema queda almacenada una cantidad de energía igual a 2000 Kj.

A unos pocos kilobares los gases, o sea los fluidos a temperatura muy por encima de su temperatura crítica, representan un almacenaje de energía peligrosamente grande.
Deben tomarse precauciones contra la expulsión de válvulas de varilla, ventanas de observación y conexiones de tubería, que pueden ser proyectadas como si las disparase un arma de fuego.
Los líquidos pueden usarse en sistemas de prensa hidráulica sin riesgo excesivo. El equipo de presión con mayor peligro potencial es la caldera de vapor para producción de fuerza motriz.

Presión en fluidos.
↓
Los gases y líquidos ejercen presión en todas las direcciones sobre el recipiente que los contiene y sobre los cuerpos contenidos en su interior. Estas fuerzas actúan siempre perpendicularmente a las superficies.

El estudio de estas fuerzas fue realizado por Blas Pascal (1623-1662) quien realizó importantes contribuciones a la hidrodinámica e hidrostática. Sus contribuciones prácticas fueron la invención de la jeringa y la prensa hidráulica.

De acuerdo al principio de Pascal si en un punto de un fluido se ejerce una presión, ésta se transmite de forma instantánea y con igual intensidad en todas las direcciones.
Principio fundamental de la hidrostática. La presión ejercida por un fluido de densidad d en un punto situado a una profundidad h de la superficie es numéricamente igual a la presión ejercida por una columna de fluido de altura h , cuya proporción se describe mediante la ecuación:

P = d g h

Al sustituir los datos numéricos se deben expresar en las unidades del sistema internacional. Es importante establecer que en esta ecuación no se expresa el volumen que está ejerciendo la presión, únicamente su altura o profundidad. Por ejemplo, Si se quiere calcular la presión que existe en un punto dado situado bajo la superficie del mar, no se tendrá en cuenta el volumen del mar , únicamente su altura.

Ejemplo:
Calcular la presión que existe en un punto situado a 10 m bajo la superficie del mar, sabiendo que la densidad del agua de mar es 1,03 g/cm3.

g 1Kg 106 cm3 Kg
1,03 _____ . _____ . _____ = 1,03.103 _______
cm3 103g 1 m3 1 m3

Kg 10 m
P = d g h = 1, 03. 103 ____ ____ 10 m = 1,03 .105 Pa
m3 s2

A diferencia de un problema donde se calcule la presión de un peso dado de sustancia, en este caso la presión que ejercería un volumen de gas, aquí solamente se tiene una altura, para calcular la presión en “un punto”. Si convertimos los kilogramos que ejercerán la fuerza en este punto, se tiene:

1,03 .105 Pa . 1 Kilo = 1,03 Kg
105 pascales

Si se recuerda el origen de esta igualdad, el kilogramo se refiere a la fuerza aplicada sobre 1 cm2.
Presión atmosférica.

1 Atm = 760 mmHg = 760 torr = 101,325 Pa = 101,325 N / m2

1 bar = 0,9869 atm ; 1 Kg /cm2 = 0,9678 atm.

Efecto de la presión sobre reacciones químicas y equilibrio.
↓
Los intervalos de presiones altas se han empleado en la industria química para acelerar reacciones y desplazar equilibrios. Sin embargo estas presiones consideradas altas sólo corresponden al extremo más bajo de las presiones que se pueden alcanzar ( centenares de atmósferas) El interés por lograr la síntesis de diamantes ha hecho que se busque trabajar en el intervalo de presiones ultra-alto.

Efecto de la presión sobre sólidos
↓
Uno de los empleos industriales en el campo de la metalurgia es conferir al hierro una dureza excepcional por compresión y una ductilidad extraordinaria estirándolos a través de una matriz mientras el metal está bajo presión hidrostática.
Otro de los campos es el estudio de detonaciones y las ondas de choque, las cuales pueden ocasionar presiones instantáneas del hasta 5`000.000 atm.
Estudio de las sales fundidas bajo presión.

El estudio del polimorfismo se ha enriquecido grandemente con el trabajo a presión alta . Se ha encontrado la aparición de un cierto número de formas cristalinas de cualquier sustancia bajo presion, pero a excepción del diamante y el borazón la mayoría de las formas cristalinas son inestables al quitar el efecto de dicha presión.

Se presentan fenómenos especiales cuando la estructura electrónica de los sólidos es afectada por la presión, y se observan frecuentemente cambios en la resistencia.
Con semiconductores es posible disminuir el hueco energético a medida que se condensa la estructura. Un sólido puede convertirse en metal a presiones suficientemente altas. Por ejemplo, el yodo y el fósforo pueden convertirse en formas metálicas requiriendo

Efecto de la presión sobre líquidos
↓
El estudio de soluciones acuosas queda limitado a presiones de aproximadamente 10.000 atm a la temperatura ambiente debido a la solidificación del disolvente a presiones superiores.
Se conoce el comportamiento de equilibrio de ácidos y bases a las condiciones arbitrarias de la superficie terrestre, pero se adelantan estudios en los cuales se revisa el cambio de estructura y propiedades electroquímicas de las soluciones, de los electrolitos de los ácidos y bases. Al respecto se ha encontrado que el amoníaco es una base fuerte a presiones altas.

Efecto de la presión sobre cambios de fase.
↓
Algunos de los efectos más impresionante de los metales son los cambios de fase que ocurren sin la modificación de la estructura del cristal, aun cuando haya cambios de volumen y de resistencia; estos cambios se cree que se originan a partir de una redistribución electrónica en la estructura de las bandas. En el cesio, por ejemplo, se cree que un electrón 6s se convierte en 5d, y el metal bajo presión puede considerarse como una nueva forma química de cesio, llamada a veces un isómero electrónico.

Las propiedades de transporte son enormemente afectadas por la presión. Se ha sugerido que se podría usar un crisol de un líquido refractario a presión alta, ya que la viscosidad sería tan grande que el flujo sería imperceptible. Es posible que los enlaces químicos se rompan a temperatura ambiente cuando se consigan presiones estáticas por encima de un millón de atmósferas.

SEGUNDO TERCIO

1. SOLUCIONES. EXPRESIONES DE CONCENTRACIÓN.

TAREA de autoevaluación Nº 1 Ejercicios de soluciones. expresiones de concentración.

1.1. Ejercicios de molaridad.

Expresa la concentración de una solución en moles de soluto contenidas en 1 litro de solución.
En esta expresión lo que se hace simplemente es hallar las moles de soluto que se encuentran en un litro de solución.

1. Se tienen de una solución 0.1M de yoduro de potasio. Qué volumen de esta solución debe tomarse para tener 1.5g (gramos) de yoduro de potasio ?
Yoduro de potasio KI : 165.9g/mol

2. Qué cantidad de NaOH se requiere para preparar 3L de una solución 0,5M ?

3. Se tienen 2L de una solución 0,2 M de NaOH. Si se adicionan 2g de NaOH, ¿ cuál es la concentración molar final de la solución ?
NaOH = 40g/mol.

1.2 Ejercicios de dilución relacionados con molaridad.

4. De la solución anterior se tomó un volumen de 50ml y se llevó a un volumen final de 1L. ¿ cuál es la concentración final de la solución ?

Procedimiento mediante ecuación: V1M1 = V2M2
50ml x 0,225M = 1000ml x M2 Luego M2 = 0,011M.

La concentración es mucho menor puesto que en la alícuota de 50ml tomé solo una pequeña porción de soluto.

Procedimiento mediante la cantidad de soluto.
Se halla el soluto contenido en 50ml y luego se divide en el volumen total.:0,225M x 50ml = 11,25 mmoles/ 1000ml = 0,011N

1.3 Ejercicios de normalidad.

Expresa la concentración de una solución en equivalentes- gramo de soluto por litro de solución.
Definición de equivalente gramo:
El número de equivalentes gramo de una sustancia depende de si ésta corresponde a un ácido, un hidróxido o una sal.

Particularmente en los ácidos, el número de equivalentes-gramo depende del número de hidrógenos que contengan, pues un peso equivalente de un ácido libera 1 mol de hidrogeniones (H+), en los hidróxidos del número de hidroxilos (grupos OH), porque un peso equivalente de una base libera 1 mol de hidroxilos y en las sales del número total de cargas. En este curso no se trabajará con pesos equivalentes de sales. Únicamente con ácidos, y en el caso de las bases únicamente con hidróxido de sodio.

Pesos equivalentes de algunos ácidos y de la base principal.
Compuesto masa molecular Nº de eq-g Peso equivalente.
HCl 36,5g 1 36,5/1 = 36,5
H2SO4 98,0g 2 98,0/2 = 49,0
H3PO4 98,0g 3 98,0/3 = 32,67g
NaOH 40,0g 1 40,0/1 = 40,0g

1. Se tienen 2,4g de NaOH en 4 litros de solución. Calcular la normalidad de la solución.
NaOH: 40g/mol

2 Qué volumen de una solución 0.64 N de ácido sulfúrico contendrán 13g de ácido sulfúrico ?
H2SO4 : 98g/mol
Recordar el concepto de peso equivalente.

3 Qué volumen de una disolución 0.64 N de ácido sulfúrico contendrán 0.25 moles de ácido
sulfúrico ? H2SO4 : 98g/mol

4 Calcular la normalidad de una solución acuosa de H2SO4, formada por 20ml de ácido disueltos en 70ml de solución. La densidad del ácido sulfúrico es de 1,102g/ml.
Se calculan los gramos de ácido para luego pasarlos a equivalentes:
20ml H2SO4 x 1,102g/ml = 22,04g H2SO4 x 1eq/49g = 0,45eq/0,071L = 6,43 N

5. Calcular el volumen de solución requerido para que 15g de NaOH se encuentren a una concentración 4N.

1.4 Ejercicios de molalidad.

Expresa la concentración de una solución en número de moles de soluto, contenidos en 1Kg de solvente. La ecuación que representa la molalidad (simbolizada como m) es: m = nsto / Kg ste.

1. Se disuelven 10g de úrea ((CO(NH2)2) EN 150ml de etanol a 20ºC; si la densidad del etanol a esa temperatura es de 0,789g/ml, calcular la concentración molal de la solución.
Úrea = 60g/mol

Moles de úrea : 10g CO(NH2)2 x 1mol/60g =0,17 mol de úrea
Kilogramos de solvente : 150ml C2H6O x 0,789g/ml = 118,35g = 0,12Kg

m = 0,17 mol CO(NH2)2 / 0,12 Kg =1,42m

1.5 Ejercicios de formalidad.

Expresa la concentración de una solución en “moles fórmula” de soluto, contenida en un litro de solución. En el concepto moles fórmula del soluto, se considera una molécula de soluto sin disociar. La ecuación se simboliza como:

F = n sto / Vsln

Ejemplo 1. Calcular la cantidad en gramos de ácido fosfórico (H3PO4), requeridos para preparar 400ml de solución acuosa de este ácido de concentración 2F

Se calcula como en la molaridad, lo único que cambia es el concepto. En la molaridad se expresa la concentración de una solución en moles de una fórmula iónica de soluto contenida en 1 litro de solución. En el concepto moles de una fórmula iónica de soluto se considera una molécula disociada y se puede calcular la molaridad de cada uno de los iones.

M = F x coeficiente estequiométrico.

1.6 Ejercicios de partes por millon.

Corresponde a la cantidad en miligramos de soluto disueltos en 1 litro de solución o a la cantidad de miligramos de soluto disueltos en 1Kg de solución. Esta unidad de expresión de la concentración de una solución se emplea, preferiblemente, para soluciones en que la cantidad de soluto es muy baja.

Ppm = mg. Sto = mg. sto
L Sln Kg Sln

Ejemplo1. Una solución acuosa de sulfato de potasio (K2SO4) se prepara disolviendo 12g del sulfato en 650ml de solución. Calcular la concentración en ppm, para cada uno de los iones de la solución, presumiendo que esta sal se disocia en un 100%.
El sulfato de potasio es un compuesto iónico, de forma que, al disolverse en agua cada uno de sus iones se pueden separar, según la reacción:

K2(SO4) → 2K+ + (SO4)2-
1 mol 2 moles 1 mol

La masa molar del sulfato de potasio es 174 uma. Se hallan las moles de sulfato de potasio y por relación estequiométrica se hallan las moles de cada ión, las cuales por último se dividen en el volumen de la solución, expresado en litros.


2. TERMODINÁMICA.

Reacciones endotérmicas : valores positivos de ∆H..
Reacciones exotérmicas : valores negativos de ∆H.
El calor que se emite o se absorbe en un sistema a presión constante se llama entalpía .
Es una medida del cambio de energía del sistema más cualquier trabajo efectuado sobre o por el sistema.

Tema de análisis :Dos cuerpos pueden tener la misma temperatura, pero diferente cantidad de energía, porqué ?

___________________________________________________________

Cuando los cuerpos alcanzan la misma temperatura, el calor es cero, porque no hay diferencias de temperatura y, por tanto, no hay flujo de calor.


TRANFERENCIAS DE ENERGÍA EN LOSCAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA.

TAREA de autoevaluación Nº2. ejercicios de termodinámica.

Resolver los ejercicios aplicando esta ecuación. Q = m. Ce ( Tf – Ti)Donde :
m = masa o cantidad de sustancia.
Ce : el calor específico de la sustancia
Tf: temperatura mayor
Ti: temperatura menor
1. 250 cal elevarán la temperatura de 50g de hierro hasta 47,0ºC. ¿ cuál es el calor específico del hierro? Redactar de otra manera los cambios de calor y temperatura.
2. El calor específico del agua es 1,00 cal/ gºC. ¿ cuántas calorías se necesitan para elevar la temperatura a 20g de agua en 15ºC ?

3. Determinar el calor necesario para llevar 50 gramos de hielo desde -30ºC hasta estado líquido a de agua a 50ºC, a presión constante de 1 atmósfera , en la cual:
Temperatura de fusión del agua es 0ºC,
Temperatura de ebullición es 100ºC,
Calor específico para el hielo : 0,5cal/gºC.
Calor específico para el agua en estado líquido : 1 cal/gºC,
Calor de fusión del agua : 80cal/g

4. Determinar el calor necesario para llevar 50 gramos de hielo desde -30ºC hasta vapor de agua a 150ºC, a presión constante de 1 atmósfera (para presión de 1 atmósfera la temperatura de fusión del agua es 0ºC, la temperatura de ebullición es 100ºC,
Calor específico para el hielo : 0,5cal/gºC.
Calor específico para el agua en estado líquido : 1 cal/gºC,
Calor específico para el vapor de agua : 0,5 cal/gºC
Calor de fusión del agua : 80cal/g
Calor de vaporización del agua: 540cal/g

La expresión resume el hecho experimental de que ambos, calor y trabajo, son maneras de transferir la energía y cambiar la energía interna de un sistema ( su contenido de energía total). Con la siguiente ecuación realizar los siguientes ejercicios.
∆U = q + w (1)


1. Un motor de automóvil realiza 520Kj de trabajo y pierde 220 Kj de energía como calor ¿ cuál es el cambio en la energía interna del motor ?

2. Un sistema se calentó mediante el uso de 300 J de calor; sin embargo, se encontró que su energía interna disminuyó 150J ( así, ∆U = -150J) Calcule w

Determinación del cambio de energía interna de una reacción.
En un calorímetro a volumen constante que contiene 0,1L de solución tiene lugar una reacción que se sabe libera 1,78 KJ de calor y la temperatura se eleva 3,65ºC. A continuación se agrega 50ml de una solución de NaOH(aq) 0,2M y 50 ml de una solución de HCl(aq) 0,2M en el mismo calorímetro y la temperatura se eleva 1,26ºC ¿ cuál es el cambio en la energía interna de la reacción de neutralización?
2.En un calorímetro se colocó un trozo pequeño de carbonato de calcio y sobre él se virtió 0,1L de ácido clorhídrico diluído. La temperatura del calorímetro se elevó 3,57ºC. ¿ cuál es el valor de q ?
Se considera la capacidad calorífica del ejercicio anterior:

3. Se calibró un calorímetro mezclando dos soluciones acuosas, cada una en un volumen de 0,1L. El rendimiento de calor de la reacción que tuvo lugar fue de 4,16Kj y la temperatura del calorímetro subió 3,24ºC. Calcule la capacidad calorífica de este calorímetro cuando contiene 0,2L de agua.

Cambio en la energía interna.

El cambio en la entalpía de un sistema es igual al calor liberado o absorbido a presión constante. Un calorímetro con presión constante mide el cambio en la entalpía.
Si una reacción libera 1,25KJ de calor en este tipo de calorímetro, entonces podemos escribir :
∆H = q = - 1,25KJ

Capacidades caloríficas a volumen y presión constantes.

Puesto que a presión constante ∆H = q ; la anterior ecuación queda: Ccal = ∆H ∆T
La capacidad calorífia a volumen constante puede escribirse como el cambio en ∆U ; por lo cual la capacidad calorífica a volumen constante es:
Ccal = ∆U ∆T

1. En una determinada reacción exotérmica a presión constante, 50KJ abandonan el sistema como calor, y 20KJ lo abandonan como trabajo de expansión para dejar espacio para los productos. ¿ cuáles son los valores de a) ∆H y b) ∆U para este proceso ?

2. En una determinada reacción exotérmica a presión constante, 30KJ de energía ingresan en el sistema como calor. Los productos ocupan menos volumen que los reactivos e ingresan 40KJ de energía en forma de trabajo a medida que la atmósfera externa presiona sobre él. ¿ cuáles son los valores de a) ∆H y b) ∆U para este proceso ?
El cambio de entalpía de un sistema es igual al calor proporcionado al sistema a presión constante.

Para un proceso endotérmico ∆H> 0; para un proceso exotérmico ∆H < u =" q" w =" 864kj" u =" q" 982j =" 492J" w =" 490" velocidad =" K" ph =" -" poh =" -" poh =" 14">

TERCER TERCIO

QUIMICA ORGANICA COMPUESTOS DEL CARBONO


Enlaces del carbono.

El carbono es tetravalente. Lo mismo actúa como elemento electronegativo (en el metano, por ejemplo) que como elemento electropositivo ( En el CO2 o tetrafloruro de carbono). Por otro lado, las cuatro valencias del carbono son idénticas. Todos los átomos de carbono poseen la propiedad de unirse entre sí para formar cadenas lineales o ramificadas o bien ciclos. Los carbonos pueden unirse intercambiando una sola valencia, pero también dos o tres valencias. Estas cadenas de átomos de carbono constituyen los esqueletos de todas las moléculas orgánicas.
Energía de enlace. Es la que mantiene unidos a los átomos en una molécula.. Esta energía de enlace es igual a la energía necesaria para disociar la molécula covalente.

Formulas desarrolladas y de proyección

La fórmula empírica no basta para definir una molécula orgánica. Existen compuestos diferentes con la misma fórmula empírica. Estos compuestos son por definición isómeros. El número de isómeros correspondiente a una fórmula empírica dada aumenta en proporciones considerables con el número de átomos de la cadena de carbono. Los isómeros son moléculas que tienen el mismo número de átomos de cada clase, diferenciándose entre ellos solo por el hecho de que la disposición de estos átomos es diferente.
Fórmulas desarrolladas y fórmulas de proyección.
Fórmulas desarrolladas. Corresponden a un modo de distribución en el plano teniendo como fin precisar la unión de los átomos. Pretenden asimismo explicar al máximo las propiedades de la molécula.

Fórmula de proyección. Se obtiene proyectando sobre el papel los distintos átomos que constituyen la molécula. Viene a ser su imagen.

Modelos moleculares.

Es frecuente representar las moléculas orgánicas por unión de tetraedros, fundándose en la teoría del carbono tetraédrico de Van´t Hoff. Según esta teoría el carbono se representa por un tetraedro en cuyos vértices están situados los cuatro átomos de hidrógeno.


CLASIFICACIÓN DE LOS HIDROCARBUROS

ALIFÁTICOS

Compuestos acíclicos. Alcanos, alquenos y alquinos.
Compuestos cíclicos. Cicloalcanos, cicloalquenos, cicloalquinos.

AROMÁTICOS

NOMENCLATURA

La I.U.P.A.C. se encarga de normalizar la nomenclatura y formulación. Un compuesto orgánico está conformado por una cadena carbonada, la cual puede contener en su estructura uno o varios grupos funcionales, los cuales se nombran como modificaciones lexicológicas del nombre base.
Normas de nomenclatura.
Se considera una raíz, generalmente de origen griego y unos sufijos que corresponden en general con los grupos funcionales respectivos. Algunas de las raices se presentaron en la lista 1 de series homólogas. A dicha raíz se pospone el sufijo de la función.
Si una cadena de carbonos se nombra como sustituyente, se le añade a la raíz el sufijo ilo .

Ejemplo. –CH3 = metilo, CH3 – CH2 - = etilo ; CH3-CH2-CH2- = propilo.
Se nombra el lugar que ocupan los grupos funcionales en la molécula.

Cuando hay varias funciones se elige la principal según el orden establecido en la lista 2 de orden de prioridad de grupos funcionales que se presentará más adelante

NORMAS APLICADAS A HIDROCARBUROS.

a) Si no existen enlaces múltiples, el nombre se forma con una raíz que indica el número de átomos de carbono de la molécula y el sufijo, de acuerdo al grado de saturación del compuesto. ano. Si se trata de un alqueno el sufijo empleado es eno
· Hidrocarburo saturado sin enlaces múltiples. Sufijo : ANO
· Hidrocarburo con doble enlace. Sufijo : ENO
· Hidrocarburo con triple enlace. Sufijo: INO

b) Cuando se den enlaces dobles y triples, -eno precede a ino, en la formación del nombre. Los enlaces dobles tienen preferencia sobre los triples para numeración. La posición del enlace múltiple se designa con un número que corresponde al primer átomo de carbono que forma el enlace múltiple, se escribe delante de la partícula a que afecta, y se separa el nombre con guiones y entre sí por comas.

c) Para nombrar un compuesto se escriben primero los nombres de las ramificaciones indicando su posición en la cadena principal y se termina nombrando la cadena como si no tuviese ninguna ramificación lateral.

d) Si las cadenas son ramificadas, se selecciona la cadena principal y el modo de nombrarla teniendo presente las siguientes prioridades:

1) Sucesión de carbonos con más instauraciones.
2) Sucesión de carbonos con más enlaces dobles
3) Sucesión de carbonos con más enlaces triples
4) Sucesión de carbonos más larga.

TAREA. Complete la serie homóloga de los hidrocarburos saturados hasta 5 carbonos.
Metano CH4
Etano _____________
Propano_____________
Butano _____________
Pentano_____________
Hexano _____________
Heptano_____________
Octano _____________
Nonato _____________
Decano.

Las raíces se señalan con rojo

TAREA. De acuerdo a las reglas anteriores designar el nombre de los siguientes compuestos:

CH3-CH2-CH2-CH3 _______________________

CH3-CH2-CH=CH2 _______________________

CH ≡ C- CH2 – CH = CH- CH3 _______________________

CH ≡ C- CH2- CH=CH-CH3 _______________________


TAREA. Escribir las formulas estructurales correspondientes a los siguientes compuestos:

3- etil- 2,5- dimetil hexano _______________________

5- metil- 2 – hexeno _______________________

2-3-dimetil-hexano. _______________________

6-etil-4,5-dimetil-2-octeno _______________________

Los primeros cuatro alcanos de la serie se encuentran en estado gaseoso en condiciones normales, del quinto al séptimo se encuentran como líquidos volátiles, del octavo al decimocuarto son líquidos más viscosos y, por eso, son menos volátiles y, de ahí en adelante, sólidos.

TAREA. Consulte la composición de algunos productos de uso cotidiano, como lo son: Gasolina, gas como combustible, vaselina, parafina.
Está de acuerdo con su baja reactividad ?

APLICACIÓN DE ALCANOS

Gasolina. La gasolina, que se produce a partir del petróleo crudo, es principalmente una mezcla de moléculas de hidrocarburo aromáticas y no aromáticas, compuestas por cinco o diez carbonos. Una buena gasolina arde en forma controlada sin detonaciones. Los hidrocarburos de cadena ramificada, cíclicos, no saturados, y especialmente los aromáticos, arden con suavidad y tienen propiedades antidetonantes. Se usan índices de octano para describir el rendimiento de las gasolinas. Cuando se ideó por primera vez la escala, se asignó al isooctano, (CH3)3CCH2CH(CH3)2, un alcano ramificado notable por sus cualidades antidetonantes, un índice de octano de 100. Al heptano, un alcano de cadena lineal que es un combustible automovilístico deficiente, se le asignó cero.A una gasolina que arde como una mezcla de 90% de isooctano y 10% de heptano se le asignó un índice de octano de 90.

Con el propósito de mantener altos índices de octano, las gasolinas sin plomo se suelen mezclar con cantidades crecientes de hidrocarburos aromáticos, en especial benceno, xileno y tolueno.
Los compuestos oxigenados también son mejoradotes eficaces del índice de octano, tales como el metanol, etanol, alcohol terbutíco y éter metil butílico.


TAREA. Consulte que es punto de ebullición y de acuerdo a la definición de este concepto proyecte como será la modificación del punto de ebullición de los alcanos con relación al aumento del peso molecular o incremento de carbono en la cadena.

TAREA. Consulte el concepto de solubilidad y proyecte cual será el comportamiento de solubilidad de los alcanos.

Los enlaces carbono- carbono y carbono- hidrógeno son bastante fuertes; no se rompen a menos que los alcanos se calienten a temperaturas muy altas. Como el carbono y el hidrógeno tienen casi la misma electronegatividad, los enlaces carbono-hidrógeno sólo presentan una ligera polaridad. Como consecuencia de esto, generalmente no son afectados por la mayoría de las bases.

En los ácidos no hay electrones no compartidos que ofrezcan puntos de ataque a los ácidos. Esta baja reactividad de los alcanos hacia muchos de los reactivos justifica el hecho de que estos compuestos originalmente se llamaran parafina ( del latín baja afinidad )


MECANISMOS DE REACCIÓN

Para entender las reacciones que se presentarán a continuación es necesario comprender el comportamiento de los átomos, respecto a los enlaces en los cuales están involucrados. El estudio de estos fenómenos implica tener conocimiento de otros conceptos como lo son la electronegatividad y los diferentes tipos de enlace.
Uno de los conceptos más útiles en el estudio de las reacciones de los compuestos orgánicos es el concepto de mecanismos de reacción. Un mecanismo de reacción es una descripción paso a paso de los fenómenos que se llevan a cabo a nivel molecular a medida que las moléculas que reaccionan se convierten en productos. El hecho de conocer que enlaces se rompen y cuales se forman, facilita la memorización de la reacción
desplazamientos electrónicos

Como su nombre lo indica, son movimientos de los electrones implicados en los enlaces.
En las moléculas orgánicas se pueden clasificar en dos grupos:

1) Mecanismo inductivo. Desplazamiento de electrones sobre la línea de valencia→ los enlaces
sencillos con átomos electronegativos están polarizados.
2) Mecanismo conjugativo o de resonancia. Desplazamiento total de electrones.

Los enlaces múltiples con átomos electronegativos se polarizan por resonancia.

Efecto inductivo.

En la formación de un enlace simple puede ocurrir que esté formado por dos átomos de igual electronegatividad, caso de la molécula de H2. La posición media del par de electrones del enlace es el centro de la línea de unión H-H, en este caso la molécula no presenta polaridad y es covalente. Pero es frecuente, debido a las diferencias de electronegatividad entre los átomos, que los orbitales moleculares formados graviten más hacia un núcleo que otro y como consecuencia haya asimetría en la distribución de cargas y polos, por ejemplo en la molécula de cloruro de hidrógeno se tiene una distribución de carga parcial negativa hacia el cloro y una distribución de carga positiva hacia el hidrógeno. Al ser el cloro más electronegativo que el hidrógeno, atrae hacia sí el par de electrones del enlace. Este hecho se conoce como efecto inductivo.


Efectos electrómero y mesómero.

Son característicos de los enlaces dobles y consisten en la destrucción de uno de los orbitales moleculares para que los dos electrones que lo formaban pasen a un orbital atómico, dejando negativo a un átomo y positivo al otro.. Esto da una reactividad química extraordinaria a la molécula y están provocados por la presencia de una sustancia muy polar o por la inestabilidad de la molécula que así busca otras formas.
El efecto electrómero determina la posición del ataque de determinados reactivos frente a los dobles enlaces.
Rompimiento de enlaces. En la formación de compuestos se presenta un fenómeno de ruptura y formación de enlaces covalentes. Si se considera una molécula hipotética A : B, hay tres formas posibles en las cuales puede romperse un enlace covalente:

· Homólisis. A∙ + B∙
· Heterólisis A:- + B+
A + + : B-
En el primer caso el enlace se rompe de tal manera que A y B retienen uno de los electrones del enlace y la ruptura produce fragmentos neutros A∙ y B∙ . Este tipo de ruptura se llama homólisis. Los fragmentos neutros se llaman radicales. Los radicales siempre contienen un número impar de electrones.

En los dos siguientes casos la ruptura del enlace da lugar a la formación de fragmentos cargados o iones (A:- y B+ o B:- y A+). Este tipo de ruptura de enlace se llama heterólisis.
Carbocationes: iones positivos de carbono

Carbaniones. Son generalmente bases fuertes. Y nucleófilos fuertes. Buscan un protón o bien un centro de carga positiva para neutralizar su carga negativa.
Los radicales libres de carbocationes y los carbaniones son partículas sumamente reactivas, en la mayoría de los casos sólo existen como intermedios transitorios en una reacción orgánica.

Energías de disociación de enlace
Cuando los átomos se combinan para formar moléculas se libera energía. Esta liberación de energía proviene de la formación de un enlace covalente.
Las moléculas de un producto tienen menor entalpía (contenido de calor) que los átomos separados. Por ejemplo, cuando los átomos de hidrógeno se combinan para formar moléculas de hidrógeno, la reacción es exotérmica y desprende 104 Kcal por mol de hidrógeno (-∆H)
Cuando los enlaces covalentes se rompen debe suministrarse energía. Las reacciones en que sólo se lleva a cabo una ruptura de enlace son endotérmicas. La energía que se requiere para romper los enlaces covalentes es exactamente igual a la desprendida cuando los átomos separados se combinan para formar moléculas. Sin embargo, en la ruptura del enlace, el ∆H es positivo.

Calores de reacción.
La energía de disociación de enlaces tiene muy diverso usos. Por ejemplo, puede utilizarse para calcular el cambio de entalpía (∆H) de una reacción. Para realizar los cálculos debe recordarse que para la ruptura del enlace ∆H es positivo y para la formación de enlace ∆H es negativa.


1.1 REACCIONES DE LOS ALCANOS.

Los alcanos o compuestos parafínicos poseen fórmula general CnH2n+2 , en donde n indica el número de átomos de carbono.

Los alcanos poseen únicamente enlaces sigma (σ), y su hibridación correspondiente es sp3
Reactividad. Los alcanos tienen baja reactividad química, no los atacan ácidos ni bases a temperatura ambiente.

Halogenación de los alcanos.
Reacción de sustitución. Son aquellas en las que un sustituyente desplaza a otro de la molécula.

R – X + Y → R - Y + X

La mayoría de las reacciones de los alcanos se caracterizan por el ataque del alcano con un reactivo que contiene electrones impares.
Ejemplo. Reacciones del metano con halógenos. Implican el ataque de un átomo de halógeno sobre la molécula de metano. El metano y el cloro reaccionan para producir, sucesivamente, mono, di, tri, y tetraclorometanos., en reacciones llamadas de sustitución.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

CH4 + Cl2 → CH3Cl + CL2 → CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + Cl2 → CCl4
+ + + +
HCl HCl HCl HCl

Estas reacciones son promovidas por el calor o la luz. El metano y el cloro reaccionan a temperatura ambiente si la mezcla reactante se irradia con luz ultravioleta y también reacciona en la oscuridad, si la mezcla se calienta a temperatura superior a 250ºC..

Reducción de haluros de alquilo.

2R-X + 2H2 2R – H + ZnX2
Zn
Reacción de Wurtz.

2R –X + 2Na → R - R + 2NaX

Hidrogenación catalítica.

R - CH = CH - R´ + H2 → R - CH2 - CH2 - R´
Pt, Ni

Síntesis de corey-Hause.

R - CuLi + R –X → R -R´ + RCu + LiX
R ∕ éter


PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ALCANOS

1- Combustión.

CH4 + O2 → CO2 + H2O + energía.
∆

Deshidrogenación.
- H2
R – CH2 - CH2 - R → R - CH = CH - R
Al2O3, Cr2O3


Halogenación. Ver arriba.


ALQUENOS

2.1 SÍNTESIS DE ALQUENOS.

Los métodos más utilizados par la síntesis de los alquenos se basan en las reacciones de eliminación del tipo general:

│ │
- C - C - → C = C
Y Z (-YZ) alquenos.

En estas reacciones se eliminan partes de alguna molécula, YZ, de los carbonos adyacentes del reactivo. Y y Z pueden ser iguales, pueden ser iguales, por ejemlo en la deshidrogenación y en al deshalogenación. Y y Z también pueden ser diferentes como en la deshidratación o deshidrohalogenación.

Reacciones de deshidrogenación.

Reacción general: R – CH – CH – R Catalizador R- CH = CH- R
H H ∆ (-H2)


Cr2O3 CH3 H
Ejemplo específico CH3-CH2-CH2-CH3 → C = C
∆ (-H2) H CH3

Reacciones de deshalogenación

R - CH - CH – R Zn R – CH = CH – R Donde X = halógeno.
X X →
(- ZnX2)

Ejemplo específico:

R - CH - CH – R Zn R – CH = CH – R + ZnCl2
Cl Cl →


Reacciones de deshidrohalogenación.

CH3 - CH - CH – CH3 base CH3– CH = CH –CH3 + HCl
H Cl →
∆


Deshidratación de alcoholes.

R - CH - CH – R -H2O R – CH = CH – R
OH H →
180ºC



2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS. reacciones de los alquenos.
Hidrogenación Adición de hidrógno al doble enlace.
hidratación. Proceso contrario a la reacción de deshidratación.

Reacciones de adición del doble enlace carbono- carbono.

a) Adición de halógenos.

Las reacciones más comunes en los compuestos que contienen un doble enlace carbono- carbono son las reacciones de adición. Por regla general implican la desaparición de un de una instauración del compuesto original.

a) Adiciones de hidrógeno o bromo. Reacción general.


R - CH = CH - R´ + Br2 → R - CH - CH - R´
Br Br

TAREA. De acuerdo a la reacción general de adición escribir la reacción que se lleva a cabo entre el 2-buteno y el cloro gaseoso.

TAREA. De acuerdo a la reacción general de adición escribir la reacción que se lleva a cabo entre el 2-buteno y el cloro gaseoso.

TAREA. Siguiendo el mismo mecanismo de adición de bromo, realice la reacción para la adición de hidrógeno, en la siguiente reacción:

1-buteno + H2 → ______________________________________-

b) Adición de haloácidos.

Son reacciones de adición electrófilas, las cuales se llevan a cabo en tres pasos.
R - CH = CH - R´ + HX → R - CH - CH - R´
H X

TAREA. Escriba la reacción de 2 buteno con cloruro de hidrógeno.


c) Oxidación de alquenos

Los alquenos realizan reacciones en las cuales se oxida el doble enlace carbono-carbono. El agente oxidante empleado puede ser permanganato de potasio.

frío
CH2 = CH2 + KMnO4 → CH = CH
etileno OH- OH OH
Etilén glicol

TAREA. Escriba la reacción de oxidación de permanganato de potasio (KMnO4) con 1-propeno (propileno)


d) Ruptura oxidativa de los alquenos.

Al oxidarse con soluciones de permanganato caliente, los alquenos se rompen formando sales de los ácidos carboxílicos. Observe que en las anteriores reacciones no hay rompimiento de la
molécula. O- OH
∕ H+ ∕
CH3 - CH = CH - CH3 + KMnO4 → 2CH3-C = O → 2CH3-C = O
Calor.

La acidificación de la mezcla reaccionante , después de completarse la oxidación, produce dos moles de ácido acético


e) Ruptura y oxidativa completa OH
∕
CH3 – CH2 - CH = CH2 KMnO4 CH3 – CH2 - C = O
H+

Con permanganato caliente el grupo CH2 terminal de un 1-alqueno se oxida completamente a dióxido de carbono y agua.

Ejercicio de análisis.. Al oxidar con permanganato de potasio caliente un alqueno desconocido de fórmula C8H16 se encontró que produce un ácido carboxílico de cinco carbono (ácido pentanoico) y un ácido carboxílico de tres carbonos ( ácido propanoico)
Basándose en lo que conoce sobre la descomposición oxidativa deduzca la fórmula y el nombre del compuesto inicial. OH OH
∕ ∕
C8H16 KMnO4 (H+) → CH3-CH2-CH2-CH2- C = O + CH2-CH2- C = O
Caliente


APLICACIONES DE LOS ALQUENOS

Polímeros de adición. Los polímeros que son resultado de la adición de unas moléculas de alqueno a otras se llaman polímeros de adición y son los productos principales de la industria de los plásticos. Conforme las moléculas de alqueno se adicionan repetidamente unas a otras, se crea una larga cadena de polímero y los dobles enlaces se convierten en enlaces sencillos por reacción de adición. Ejemplos:

Polietileno
Polipropileno
Poliestireno
Cloruro de polivinilo
Teflón.


Polímeros con vida. Los polímeros con vida son una ramificación importante de la polimerización iónica. Cuando se lleva a cabo una polimerización y no se introducen agentes para terminación de las cadenas, se forma un polímero cuya longitud de cadena se puede estimar basándose en la viscosidad de la solución de poliestireno. Los extremos de su cadena se encuentran sin terminar y este polímero se designa como “con vida”. Si se añade más monómero semanas o incluso meses después, se obseva un notable aumento de viscosidad, lo que demuestra que las cadenas de polímero inician de nuevo su crecimiento cuando cuentan con más monómero.


ALQUINOS

Los hidrocarburos cuyas moléculas contienen el triple enlace carbono-carbono se denominan alquinos. Los alquinos tienen la fórmula general CnHn y por lo tanto contiene una menor proporción de hidrógeno que los alquenos o los alcanos.

TAREA Consulte el comportamiento de solubilidad de los alquinos y su densidad con relación a la densidad del agua.

TAREA. Consulte el cambio de estado físico de los alquinos respecto al aumento del peso molecular.

3.1 OBTENCIÓN DE ALQUINOS.

a) Reacciones de eliminación a partir de alcanos.

H H base
R – C – C – R → R – C ≡ C - R
X X (-2HX)


Ejemplo específico.

CH3-(CH2)7-CH – CH2 + NaNH2 → CH3-(CH2)7-CH ≡ CH + 2 NaBr
Br Br ∆

Donde NaNH2 =

Esta deshidratación también se puede realizar en medio básico en presencia de etanol y suministrando calor.

CH3 –CH2 –CH – Br + 2KOH → CH3 - C ≡ CH + 2KBr
∆ etanol


3.2 REACCIONES DE LOS ALQUINOS.

Reacciones de adición de hidrógeno

R – C ≡ C – H + H2 → R – CH = CH2 + H2 → R- CH2 –CH3
catalizador Ni catalizador Ni

a) Reacciones de adición de halógenos

TAREA. De acuerdo a la reacción general, escriba la reacción final de deshidrogenación del 4,4- Dimetil-1-pentino. en presencia de níquel como catalizador.


b) Descomposición oxidativa de los alquinos.

R – C ≡ C – H KMnO4 y luego en medio ácido 2 R- COOH + CO2
Básico
TAREA. De acuerdo a las normas de nomenclatura para los hidrocarburos, escriba la fórmula estructural de cada uno de los siguientes compuestos:

1. 3-cloropropino
2. 1-cloro-2-butino
3. 5-metil-1-hexino
4. 4,4-dimetil-1-pentino.


4 . COMPUESTOS CÍCLICOS

TAREA. Consultar la fórmula estructural de los siguientes compuestos

1) ciclohexeno.
2) 1,3- ciclopentadieno
3) 1,3-ciclohexadieno

TAREA. Teniendo en cuenta que los compuestos cíclicos doblemente insaturados sufren las mismas reacciones de los alquenos, plantee la reacción de hidrohalogenación del 1,3 ciclohexadieno a ciclohexano.

5. COMPUESTOS AROMÁTICOS BENCENOIDES.
Se denominan así a los compuestos del benceno, C6H6
En 1825, Michael Faraday, un científico a quien se recuerda más por su trabajo en relación a la electricidad, aisló una nueva sustancia, el benceno. Este compuesto fue ejemplo de una nueva clase de sustancias orgánicas llamadas compuestos aromáticos.
El benceno y otros compuestos aromáticos se caracterizan por una tendencia a llevar a cabo las reacciones de sustitución características de los compuestos saturados y no las reacciones de adición características de los compuestos insaturados. La mayoría de los primeros compuestos aromáticos se obtuvieron de bálsamos, resinas, o aceites esenciales. Entre ellos se encontraron el benzaldehído (aceite de almendras amargas) , el ácido benzoico y el alcohol bencílico.

5. COMPUESTOS AROMÁTICOS NO BENCENOIDES.

Existen muchos ejemplos de compuestos aromáticos. Se dividen en una amplia clase de moléculas aromáticas llamadas hidrocarburos aromáticos policíclicos bencenoides.

· Naftaleno (dos anillos)
· Antraceno (tres anillos aromáticos)
· Fenantreno ( tres anillos aromáticos)
· Pireno ( cuatro anillos aromáticos)
· Coroneno Seis anillos aromáticos formando una corona

Ejercicios en clase.

1,2 dimetilbenceno o xileno
1,2 dinitrobenceno
1-etil , 3-propilbenceno
P-nitrofenol
1-isopropil, 3-metilciclohexano
1-etil- 2-propilciclobutano.

FUNCIÓN QUÍMICA.

Está constituida por un grupo de átomos que presentan una disposición particular, siempre la misma. Este grupo de átomos se llama grupo funcional. Por el hecho mismo de que son los átomos que los componen los que participan en las reacciones características de la función, dicha agrupación característica de los átomos le confiere a la molécula un cierto número de propiedades comunes.

APLICACIONES DE LOS COMPUESTOS AROMATICOS

Terpenos. El olor de la menta, el aroma del cedro, eucaliptos, naranjos, limoneros, pino, la fragancia de rosas y el color de las zanahorias y tomates se debe en gran medida a una clase de compuestos que se conocen como terpenos. Los terpenos se encuentran en diversas especies y sabores, como albahaca, jengibre, menta verde, hierbabuena, limón y clavo.
Los terpenos se caracterizan por esqueletos de carbono construidos con unidades de isopreno (3-metil-1,3-butadieno) es un dieno conjugado.
Los terpenos se clasifican de acuerdo con el número de unidades de isopreno que hay en la molécula. Los terpenos mas sencillos tienen dos unidades de isopreno (diez carbonos) y se llaman monoterpenos.

Colesterol.La formación de terpenos es un proceso de polimerización que puede continuar en los organismos biológicos hasta el punto de formar ciertas moléculas muy complejas. Un proceso de este tipo es la formación del colesterol, un precursor multicíclico de hormonas metabólicas y sexuales que se forma a partir de unidades similares al isopresno.
Muchos compuestos aromáticos han sido señalados como agentes causantes de cáncer. Entre ellos hay especies tanto naturales como sintéticas. Se ha demostrado que el humo del cigarrillo contiene más de 4000 compuestos químicos, entre ellos varios aromáticos policíclicos como el benzopireno, compuesto carcinógeno.
Muchos hongos y plantas producen compuestos aromáticos que son potentes carcinógenos. Entre ellos están sustancias químicas como la aflatoxina B1 y la agaricina, que provienen de hongos, y diversas toxinas del tabaco. La aflatoxina B1 es producida por un moho, aspergillus flavus, que crece en cultivos tales como maíz, chiles secos y cacahuates..
Herbicidas. Muchos herbicidas son compuestos aromáticos.

GRUPOS FUNCIONALES ORGÁNICOS MÁS IMPORTANTES.

TAREA. Completar el cuadro con base al ejemplo.

Hidrocarburo. fórmula de proyección Nombre formula ejemplo

1. Saturado
( alcano ) C - C R – CH2-CH2-R etano CH3 –CH

2. Etilénico
(alqueno)

3. Acetilénico
(alquino)

4. Alcohol

5. Aldehído

6. Cetona

7. Ácido

8. Éter

9. Amina

10. Amida

11. Nitrilo
Halogenuro de
alquilo


COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS.

Los compuestos orgánicos oxigenados poseen en su grupo funcional uno o varios átomos de oxígeno. Se encuentran abundantemente en los organismos vivos y tienen gran importancia industrial. Entre estos compuestos tenemos:

· Alcoholes
· Fenoles
· Éteres
· Aldehídos
· Cetonas
· Ácidos.


ALCOHOLES y FENOLES.

Se pueden considerar como derivados del agua, por sustitución de uno de los hidrógenos de ésta por radicales alquilo (alcoholes) o arilo (fenoles)

Los alcoholes también pueden definirse como los compuestos obtenidos al sustituír uno o más hidrógenos de los compuestos alifáticos por grupos hidroxilo, - OH. Según el carbono al que pertenezca el hidrógeno sustituído, tendremos los alcoholes primarios, secundarios y terciarios.

NOMENCLATURA DE LOS ALCOHOLES.

Los alcoholes se nombran cambiando la terminación “o” del hidrocarburo correspondiente por “ol” e indicando la posición del grupo alcohólico, comenzando a contar los carbonos por el extremo más próximo al grupo funcional. Se nombra la cadena más larga que contenga el grupo.
Ejemplos
CH3
CH3 – CH – CH3 CH3 –CH –CH2 –OH CH3 – C - CH – CH3
OH OH CH3 OH

2- propanol 1,2- propanodiol

TAREA. Complete la serie homóloga de los alcoholes.

Metanol CH3OH
Etanol
Propanol
Butanol.

Todas las sustancias de una serie homóloga presentarán las propiedades características de la función a que pertenecen, pero no todos los compuestos tendrán las mismas propiedades físicas y químicas, ya que el cambio gradual en su estructura llevará consigo una modificación en aquellas propiedades. Los términos consecutivos de una serie difieren entre sí en un grupo metileno, a medida que aumenta el número de grupos (-CH2-), en una serie, por ejemplo la serie del alcohol, cada vez es menor la influencia del grupo funcional –OH ya que la cadena va adquiriendo más carácter de hidrocarburo.

TAREA. Consultar la importancia industrial y revisar la hoja técnica de los siguientes alcoholes:
Alcohol metílico
Alcohol etílico
Alcohol isopropílico
Etilén glicol

Propiedades físicas.
Los alcoholes monohidroxílicos primarios y secundarios de hasta nueve carbonos son líquidos, a temperatura ambiente; los siguientes son sólidos. Presentan, por tanto, puntos de fusión y ebullición elevados, en comparación con los hidrocarburos del mismo número de carbonos.
Los alcoholes son moléculas polares y pueden formar puentes de hidrógeno con las moléculas de agua y así, son solubles en ésta. A medida que aumenta el peso molecular disminuye la solubilidad en agua y aumenta la solubilidad en solventes orgánicos apolares como benceno, éter, etc.

Propiedades Químicas.
Los alcoholes deben su comportamiento a las características del grupo hidroxilo presente en sus moléculas.


OBTENCIÓN DE ALCOHOLES

Hidratación de alquenos
Hidrólisis de haluros de alquilo
Reducción de ácidos, aldehídos y cetonas
Adición de reactivos de Grignard sobre aldehídos o cetonas y posterior hidrólisis

a) Hidratación de alquenos

H2SO4 +
CH3 – CH = CH2 + H+OH- → CH3 – CH –CH3 → + OH- → CH3 - CH – CH3
OH
Se trata de una reación de adición, electrófila , que sigue la regla de Markownikoff y por tanto el grupo –OH, procedente del agua va al carbono más sustituído, obteniéndose alcoholes secundarios o terciarios.

b) Hidrólisis de haluros de alquilo.

En esta reacción se emplea un catalizador básico que sirve para neutralizar el ácido HX y se realiza en disolución acuosa de etanol.
Se trata de una sustitución nucleófila.

H
+ ∕ OH-
R – CH2 - Cl → R – C __ H + Cl- → R- CH2OH + Cl-

c) Reducción de ácidos, aldehídos y cetonas.

H
∕ AlLiH4
R – C = O → R – CH2 - OH


Como reductor se utiliza el tetrahidruro de aluminio y litio, o bien, hidrógeno y catalizadores.

REACCIÓN DE ALCOHOLES.

a) Reacciones ácido-base.

Los alcoholes, debido a la polaridad del –O-H, presentan un carácter débilmente ácido y así pueden reaccionar en frío con metales muy activos ( sodio, potasio) liberando hidrógeno.

R – OH + Na → R –O- Na+ + ½ H2

Debido a la existencia de pares de electrobnes sin compartir, en el oxígeno del grupo hidroxilo, los alcoholes pueden comportarse como bases frente a los ácidos fuertes (HCl). Así: H
   
CH3 - O – H + H+Cl- → CH3 – O - H + Cl-
   

La sal de oxonio obtenida es similar al ion hidronio, H3O+ que forman los protones con la molécula de agua.

b) Sustitución del grupo hidroxilo.

Los alcoholes reaccionan con los halogenuros de hidrógeno, HCl, HBr y HI produciendo halogenuros de alquilo y agua. En estas reacciones los alcoholes actúan como bases de Lewis:

H   + - H
R – C → O ← H + H Br → H – O – H + R - C - Br
H   H

Los alcoholes terciarios reaccionan con mayor facilidad.

c) Deshidratación de alcoholes.

Al reaccionar los alcoholes con ácido sulfúrico concentrado se obtienen hidrocarburos etilénicos o éteres, según la temperatura a la que se efectúe el proceso. En el primer caso el protón ( reactivo electrófilo) ataca un par electrónico del oxígeno y como consecuencia, éste atrae el par de electrones que comparte con el carbono y se elimina CH3 – CH2+ que da etileno por pérdida de un protón.

H H2SO4
CH3 – C → O ← H ↔ CH2 = CH2 + H2O
H 180ºC

Oxidación de alcoholes.

Los alcoholes primarios y secundarios se oxidan, con permanganato de potasio en medio básico o dicromato potásico en medio ácido, hasta aldehídos o cetonas respectivamente:

R – CH2 – OH Mn2O4- R -CHO
→
R – CH– R´ Cr2O72-( H2SO4) → R – C = O
OH R´∕

La primera reacción debe ser controlada para evitar la formación de ácido. Por el contrario, la oxidación continúa y el aldehído se transforma en el ácido correspondiente.

R – CHO Mn2O4- R - COOH
↔
Las cetonas formadas en la segunda reacción pueden oxidarse hasta ácidos, rompiéndose la cadena por el grupo carbonilo y dando lugar a dos ácidos. La oxidación de cetonas es muy difícil, siendo necesário utilizar oxidantes muy fuertes y en condiciones enérgicas.
Los alcoholes terciarios sólo se oxidan en condiciones drásticas y con ruptura de la cadena.

d) Reacciones de fenoles.

Los fenoles presentan carácter ácido y el hidrógeno del grupo hidroxilo es sustituído con relativa facilidad. Esto se debe a la estabilidad del ión fenoxi que presenta varias estructuras resonantes.
Al salir el hidrógeno, el oxígeno queda cargado negativamente. El doble enlace más cercano se deslocaliza hacia el carbono más cercano.

El fenóxido reacciona con metales activos, desprendiendo hidrógeno, como ocurría con los alcoholes y además puede neutralizarse con bases fuertes en solución acuosa.

O- H+ δ- δ+ O- Na+
Ø + HO Na → Ø + H2O

Donde Ø corresponde al benceno.

El grupo OH- del fenol dirige la entrada de nuevos sustituyentes a orto y para debido a la mayor densidad electrónica que existe en esas Posiciones. Así, el fenol se Nitra fácilmente con ácido nítrico diluido dando una mezcla de isómeros orto y para.

δ- δ+
O- H+ + HO – NO2 diluido → o- nitrofenol + p- nitrofenol
Ø


O- H+ + HNO3 (conc) → 1,3,4- trinitrofenol.


ALDEHÍDOS Y CETONAS


TEMAS QUE FALTA COMPLEMENTAR.

Estructura de aldehídos y cetonas.
\
Estos compuestos oxigenados contienen el “grupo carbonilo”, C = O (cetona)
∕

APLICACIÓN DE ÁCIDOS. - COOH

Conservadores de alimentos. Las sales de los ácidos carboxílicos o a veces lo ácidos mismos inhiben el crecimiento de bacterias, hongos y otros microorganismos.
Ejemplo. Benzoato de sodio.
Derivados de ácidos carboxílicos. Los analgésicos ( medicamentos que alivian el dolor) se cuentan entre las aplicaciones medicinales más importantes de los derivados de ácidos carboxílicos. La aspirina es una molécula bifuncional. Cuenta con dos grupos: el grupo ester y el ácido acético.


APLICACIÓN DE ESTERES. - COOR

Poliéster. Polímero en el cual las unidades estructurales repetitivas están conectadas por enlaces éster.

Un alcohol reacciona con un ácido para producir un éster y una amina con un ácido para producir una amida. Si el ácido es un ácido dicarboxilico y el alcohol o amina es un dialcohol o una diamina. Ambos extremos pueden reaccionar. El resultado es una reacción repetida para producir un polímero gigante.

La formación de poliésteres es análoga a la de las poliamidas. Un diéster se condensa con un diol. Ambos extremos de las dos moléculas reaccionan de manera continua para formar enlaces de ester por un proceso de transesterificación. Las fibras textiles que se conocen como dacrón y las películas transparentes son poliésteres que se producen a partir del éster dimetílico del ácido tereftálico (para etanoato de dimetil benceno) y etilenglicol. La reacción se produce entre el hidrógeno de cada alcohol y el grupo de CH3O- del ester.


APLICACIÓN DE AMIDAS. - CONH2


poliamida. Por ejemplo, el nylon 66 se produce a partir de ácido adípico (un ácido dicarboxílico de 6 carbonos) y hexametiléndiamina . Reacciona el grupo hidroxilo del ácido y uno de los hidrógeno de la amina.:Ambos extremos de las dos moléculas reaccionan de manera repetida para producir un largo polímero que crece por pasos sucesivos.


El kevlar, una poliamida aromática que se conoce como aramida, es un polímero excepcionalmente fuerte que se usa en cuerdas de neumáticos radiales y en chalecos a prueba de balas. Su equivalente con orientación meta, el Nomex, se usa en ropa resistente al fuego ( para bomberos, por ejemplo) y en partes tanto internas como externas de aeronaves, vehículos espaciales y barcos.

Barbitúricos. Los barbitúricos se preparan condensando úrea con ésteres masónicos y esteres masónicos disustituídos. La reacción se produce entre cada uno de los hidrógeno de la úrea y el grupo


Lista 2. ORDEN DE PRIORIDAD DE LOS PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES.

Función Grupo funcional Sufijo Prefijo
(como grupo principal) (como grupo secundario)

Ácido - COOH - oico

Éster - COOR - oato de alquilo alcoxicarbonil

Amida - CONH2 - amida carbamoil

Aldehído - CHO - al formal

Cetona -CO- - ona oxo

Nitrilo -CN- - nitrilo ciano

Alcohol -OH - ol hidroxi

Amina - NH2 - amina amino

Halógen X (flúor, cloro,etc) - nombre del halógeno


De acuerdo al orden de prioridad, escribir la fórmula de los siguientes compuestos:4- centeno- 2 –ol


ISOMERIA.

Los isómeros son con la misma fórmula molecular y diferentes formula estructural , lo cual hace que difieran en sus propiedades.
Tipos de isomería.

1) Plana o estructural.
· Cadena u ordenación
· Posición
· Función
2) Estereoisomería o del espacio.
· Isomería óptica
· Isomería geométrica (cis-trans)

1) Isomería plana.

· De cadena u ordenación.
Corresponde a hidrocarburos que difieren en la disposición de los átomos de carbono en la molécula.

TAREA. Escribir la fórmula estructural de los isómeros de cadena que puedan tener el butano y el pentano.

2) Isomería de posición.

Se presenta en compuestos que únicamente difieren en la posición del grupo funcional.

TAREA. Escribir la fórmula estructural de los isómeros de posición de los siguientes compuestos:

1- cloropropano _______________­­­­­­­_____ 2- cloropropano ___________________

1- buteno _______________­­­­­­­_____ 2- butano ______________________


3) Isomería de función.

La presentan compuestos que presentan diferente grupo funcional para la misma formula molecular. Ejemplo:


Etanol: CH3 – CH2 –OH y éter dimetílico CH3 – O _ CH3
CH3 H
Acetona : CH3 –C ∕ = O y propanal CH3 – CH2 –C ∕ = O


4) Isomería óptica.

Los isómeros ópticos son compuestos que se diferencian entre sí únicamente por una de sus propiedades físicas, el poder rotatorio. Tienen las mismas propiedades físicas y químicas.
La isomería óptica fue descubierta por Pasteur e interpretada por Le Bel y Van´t Hoff mediante la teoría del carbono asimétrico.

La isomería óptica se caracteriza porque uno de los isómeros tiene un poder rotatorio (+ά) al cual le corresponde siempre un isómero del mismo poder rotatorio (ά), pero de signo contrario(-ά), estos dos isómeros constituyen una pareja de antípodas ópticos o enantiómeros, uno levógiro y otro dextrógiro. Los dos antípodas ópticos se mezclan molécula a molécula para formar un nuevo isómero evidentemente inactivo a la luz polarizada que se llama racémico inactivo por compensación externa o racémico desdoblable.

TAREA. Consultar los isómeros correspondientes al ácido láctico.

5) Isomería geométrica o cis-trans

Esta isomería se denomina también etilénica, por ser producida por los átomos de carbono con doble enlace. Aparece cuando un doble enlace impide rotación en torno de un enlace entre dos átomos, cada uno de los cuales está unido a dos grupos diferentes. Los dos radicales R y R´ pueden estar tanto situados al mismo lado con respecto al plano horizontal, o bien a uno y otro lado del plano. Estos dos isómeros se designan con los términos cis y trans.


FORMULAS MOLECULARES Y ESTRUCTURALES- ISOMERÍA.

ISÓMEROS. Son compuestos con la misma formula molecular pero diferentes formulas estructurales.
Estos diferentes compuestos con la misma formula molecular pero distinta formula estructural.
Existen cuatro clases de isomería.

1. Isomeria estructural. Diferentes átomos están enlazados entre sí.
· Isomería de esqueleto
· Isomería de posición
· Isomería funcional.

2. Esteroisomería .Los mismos átomos están enlazados unos con otros, pero su configuración en el espacio es diferente.
Geométrica.
De conformación
Óptica..

Isómeros de esqueleto. Son isómeros que difieren en la disposición de la cadena carbonada.
Isomería de posición. Son isómeros que difieren en la ubicación de un grupo sin carbono o un doble o triple enlace.

Isomería de conformación. Son isómeros que difieren como resultado del grado de rotación en torno a un enlace carbono-carbono sencillo.