Taller de Química I 

 

Semana 1 y 2

 

Temario  1. Introducción a la Química   1.1. Definición del concepto Química   1.2. Breve historia de la Química   1.3. Conoce la relación de la Química con otras ciencias   1.4. El método científico   1.5. Riesgos y beneficios de la Química           2. Propiedades de la materia  2.1. Reconoce las propiedades de la  materia       2.1.1. Características y manifestaciones de la materia      2.1.2. Propiedades de la materia      2.1.3. Estados de agregación de la materia      2.1.4. Cambios de estado de la materia      2.1.5. Clasificación química de la materia  2.2. Describe las características de los diferentes tipos de energía       2.2.1. Manifestaciones de la energía      2.2.2. Beneficios y riesgos en el consumo de la  energía  2.3. Describe las características de los cambios de la materia       2.3.1. Cambio físico      2.3.2. Cambio químico      2.3.3. Cambio nuclear    3. El modelo atómico y sus aplicaciones  3.1.   Describe las aportaciones al modelo atómico actual    3.1.1.  El modelo atómico de Dalton   3.1.2.  El modelo atómico de Thompson                       3.1.3.  El modelo atómico de Rutherford   3.1.4.  Modelo atómico de James Chadwick   3.1.5.  Número atómico, número de masa y masa atómica                       3.1.6.  Isótopos y sus aplicaciones                       3.1.7.  Modelo actual  y  los números cuánticos (n, l, m, s)                       3.1.8.  Subniveles de energía y orbitales                       3.1.9.  Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas de                                         orbitales.  4. Antecedentes históricos de la clasificación de  los elementos  4.1. Nociones de grupo, periodo y bloque, aplicadas a los elementos químicos    en la tabla periódica actual  4.2. Propiedades periódicas (electronegatividad,  energía de ionización, afinidad   electrónica, radio y  volumen  atómico)  y su variación en la tabla periódica  4.3. Caracteriza la unidad e importancia de los metales   y no metales para la           vida socioeconómica del país         4.3.1. Importancia de los minerales en México        1  Universidad CNCI de México   

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5. Define el concepto de enlace químico      5.1.  Enuncia la regla del octeto      5.2.  Estructura de Lewis    6. Describe la formación del enlace iónico y las propiedades que presentan los  compuestos de este tipo de enlace      6.1. ¿Qué es la electronegatividad?      6.2.  ¿Cómo se forma un enlace iónico?      6.3.  Propiedades de los compuestos iónicos    7. Describe el concepto de enlace covalente       7.1. Estructuras de Lewis y electronegatividad       7.2. Geometría molecular y polaridad    8. Explica las propiedades de los compuestos covalentes  9. Describe las teorías que explican el enlace metálico  10. Reconoce las características que se derivan del enlace metálico  11. Refiere la formación de las fuerzas intermoleculares  11.1. Fuerzas de atracción dipolo‐dipolo  11.2. Fuerzas de atracción dipolo‐dipolo inducido  11.3. Fuerzas de dispersión o fuerzas de London    12. Identifica las características de los compuestos con puente de hidrógeno  como el agua y las moléculas de importancia biológica  12.1. Puente de hidrógeno   12.2. Otros elementos que presentan puentes de hidrógeno  13. Valora la utilidad y  manejo del lenguaje químico   13.1. Nomenclatura   13.2. Nomenclatura tradicional   13.3. Nomenclatura stock   13.4. Nomenclatura sistemática    14. Aprende la escritura de fórmulas químicas  14.1. Compuestos binarios  14.2. Compuestos ternarios o superiores    15. Reconoce el significado de los símbolos en la  escritura de ecuaciones  químicas.                  2  Universidad CNCI de México   

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16. Distingue los diferentes tipos de reacciones químicas   16.1. Reacciones de  combinación  y síntesis   16.2. Reacciones de descomposición    16.3. Reacciones de sustitución simple   16.4. Reacciones de sustitución doble   16.5. Reacciones de combustión    17. Conoce los métodos de balanceo de ecuaciones químicas   17.1. Método por tanteo o de ensayo y error  17.2. Balanceo por óxido‐reducción  (Redox  18. Explica los cambios energéticos en las reacciones químicas  19. Entalpía de reacción  20. Explica el concepto de velocidad de reacción   20.1. Factores que afectan la velocidad de  reacción    21. Conoce el consumismo e impacto ambiental   

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Semana 1 y 2

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Semana 1   

Sesión 1  Los temas a revisar el día de hoy son:  1. Introducción a la Química      1.1. Definición del concepto Química  1.2. Breve historia de la Química  1.3. Conoce la relación de la Química con otras ciencias      1. Introducción a la Química        ¡La química está en todas partes! Todo lo que puedes tocar, ver u oler contiene una o  más sustancias químicas. Vivimos en un mundo de sustancias químicas.    Una  sustancia  química  es  cualquier  material  con  una  composición  definida,  sin  importar su procedencia.    Hoy en día se conocen más de 25 millones de sustancias químicas. Aprender sobre el  mundo que nos rodea puede conducirnos a invenciones interesantes, útiles  y a nuevas  tecnologías.     En tu vida diaria, puedes observar constantemente cambios como la fermentación de  los  alimentos  (queso,  yogurt,  entre  otros)  o  darte  cuenta  que  los  alimentos  que  consumes  se  transforman  dentro  de  tu  cuerpo,  aunque  no  los  puedas  ver.  Puedes  encontrar las respuestas a estas preguntas y a muchas más por medio del estudio de la  Química.    1.1. Definición del concepto Química  La Química es definida como la ciencia que se ocupa de los materiales que se pueden  encontrar  en  el  Universo  y  las  transformaciones  que  estos  sufren.  Su  estudio  es  de  gran  importancia  para  el  ser  humano,  ya  que  se  aplica  a  todo  lo  que  lo  rodea.  Por  ejemplo, el lápiz que utilizas, tu cuaderno, el perfume que usas, la ropa que vistes, tus  zapatos, los alimentos que ingieres y los compuestos que respiras como el aire, todo.   Esta disciplina permite entender muchos de los fenómenos que observamos y también  aprender  a  intervenir    en  ellos  para  nuestro  beneficio.  Esta  ciencia  está  presente  en  medicinas,  vitaminas,  pinturas,  pegamentos,  productos  de  limpieza,  materiales  de  construcción, automóviles, equipo electrónico, deportivo y cualquier cosa que puedas  comprar, usar y comer. Todos los objetos que usas en tu vida están hechos a base de  procesos químicos.   Como ves, vivimos de la Química, las reacciones y sustancias que hacen posible la vida  son a través de la Química.   4  Universidad CNCI de México   

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Semana  1 y 2

 

1.2. B Breve histo oria de la Qu uímica  La  Química  Q com mo  ciencia  no  surgió ó  de  la  noche  a  la  mañana,  m si  no  que  se e  fue  desarrollando  en  e la  antigü üedad  en  la  medida  que  q el  hom mbre  buscaba  satisfacer  su  curio osidad acercca de la naturaleza y ell origen del Universo. Las  primeras  p exxperiencias  del  ser  humano  como o  químico  se  s dieron  ccon  la  utilización  del  fuego  f en  laa  transform mación  de  la  materia,,  la  obtencción  de  hieerro  a  partiir  del  mineeral y de vid drio a partir de arena,, son claross ejemplos.  Poco a pocco el homb bre se  dio ccuenta de q que otras su ustancias taambién tien nen este po oder de transformació ón. Se  dediccó un gran  empeño en n buscar una sustancia que transfformara un  metal en o oro, lo  que lllevó a la creación de laa alquimia.   Los aalquimistass tenían com mo fin la bú úsqueda de  la piedra  filoso ofal,  que  lees  permitiríaa  transform mar  diversoss  metales  en oro, curar cu ualquier enffermedad yy rejuvenece erse ellos  mism mos  

 

Los  filósofos  f grriegos  y  loss  alquimistaas  del  siglo o  V  a.  C.  peensaban  qu ue  la  materria  se  comp pone de 4 eelementos:  tierra, aire e, fuego y aagua. Esta teoría estuvvo presente e toda  la Ed dad Media (hasta el siglo XV d.C. aproximadam mente).   La  Química  Q surgge  en  el  sigglo  XVII,  el  alquimistaa  se  había  convertido  c en  químico o  y  la  alquiimia había p pasado a seer la cienciaa Química. LLa alquimia dejó un leggado imporrtante  a la  química acttual, como  el perfeccionamiento  de los diveersos métod dos que usamos  (desttilación, cristalización,, sublimació ón y combu ustión).   Dimiitri  Mendelleiev  (1834 4  ‐1907).  Realizó  R la  primera  versión  de  la  tabla  periódica  moderna.  ortantes con ntribuciones para la co omprensión de la  Nielss Bhor (1865 ‐1962). Reealizó impo estru uctura del átomo.  Aunq que la quím mica es una cciencia anceestral, sus ffundamento os moderno os se instruyyeron  en  el  siglo  XI  y  XX  cuando o  los  avancees  tecnológgicos  e  intelectuales  permitieron  a  los  cienttíficos separar sustanccias en com mponentes aaún más peequeños y p por consigu uiente  explicar muchass de las caraacterísticas físicas y quíímicas.  Robe ert Boyle (1 1627 ‐1691)) fue un graan líder en  el desarrolllo de la quíímica, publicó su  libro: “The scep ptical chymistk” (El Qu uímico escéptico), en 1 1961, dondee explica qu ue las  sustaancias a las que llamó elementos,, no se pued den descom mponer en aalgo más sim mple;  tamb bién mencio ona que si sse combinan n dos o más elemento os se formarría una susttancia  comp pletamentee diferente aa la que se lllamaría com mpuesto.  Anto onie  Lavoisier  (1743  ‐1794)  ‐ quím mico  francé és,  realizó  una ttabla de 33 3 elementoss en el prim mer texto de e Química  moderno,  llam mado  “Tratado  eleme ental  de  Química”  Q (1789 9),  algunoss  de  estos  materiales  m no  eran  elementos,  pero  Lavoisier  fue  el  primero  en  e poner  nombres  modernos y sisttemáticos. LLavoisier deescubrió que cuando  5  Universsidad CNCI dde México   

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se  quema  carb bón  mineral,  se  comb bina  con  el  oxígeno  para  formar dió óxido de carbono, fue  el primero en saber  el  ro ol  que  juegga  el  oxígeeno  en  la  combustión c n.  Por  su  trabaajo  enfocad do  a  estab blecer  a  la  química  como  una  cienccia  cuantitaativa  se  lee  consideraa  “El  padrre  de  la  Quím mica Moderrna”. 

Prácctica 1  Instrrucciones: C Contesta lass siguientes preguntas en tu cuadeerno de apu untes.  1.‐ ¿P Por qué se d dice que la química es una cienciaa fundamen ntal?    2.‐ Elabora un d diagrama do onde se mu uestren en  orden cron nológico loss anteceden ntes y  las principales aaportaciones del desarrrollo de la q química.    3.‐  ¿Cuáles  de  los  método os    importaantes  que  surgieron  s a   partir  dee  la  alquimia  los  a  aplicas a tu vidaa diaria?    4.‐ ¿C Cuáles son los principaales retos paara la químiica en esta década?    1.3. C Conoce la rrelación de la Química con otras cciencias    Si an nalizas los o objetos y prroductos qu ue usas en  tu vida diaria  entenderás  quee  en  su  obtención  o  o producció ón  se  apliccan  ocimientos d de diferentees ciencias. cono Los  problemas  graves  que  enfrentaamos  son  innumerables,  aunq que  la  escasez  de  los  alimentos,  la  aparició ón  de  nuevvas  enfermedades,  el  agotam miento  de  las  fuentes  de  energgía  convvencionales  y  el  deeterioro  del  ambien nte,  son  las  princcipales preo ocupacioness de la quím mica actual. Adem más  de  serr  una  cienccia,  la  Quím mica  sirve  a  otras  cieencias  y  a  lla  industriaa.  Los  princcipios químicos contrib buyen al esttudio de la Física, Biolo ogía, Geolo ogía, Agricultura,  Ingen niería, Med dicina, Ecolo ogía, Astron nomía y mu uchas otras disciplinas.  En  la  Biología,,  tiene  unaa  muy  esttrecha  relación,  porque  en  los  seres  vivo os  se  desarrollan  unaa  amplísimaa  variedad  de  reaccion nes  químicas  y  la  matteria  en  esstudio  prop porciona  conocimiento os básicos para entenderlas y pred decirlas.   Muchos  procesos  químico os  también  se  cuantificcan.  Para  ello  e las  apo ortaciones  de  d las  mate emáticas,  son  absolutaamente  neccesarias,  de esde  las  sim mples  sumaas  y  restas  hasta  6  Universsidad CNCI dde México   

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modelos  matemáticos  de  alta  complejidad  utilizados  para  describir  la  estructura  atómica  y  los  mecanismos  de  reacción,  estos    son  ejemplos  de  cómo  interactúan  ambas ciencias.  En  áreas  como  la  medicina,  la  química  ha  permitido  comprender  como  actúan  las  plantas medicinales usadas en ciertos pueblos o comunidades, ya que no sólo tienen  un uso medicinal, también se obtienen de ellas tintes, saborizantes y otros productos.  Otro  logro  en  el  área  de  las  ciencias  es  la  Nanociencia  y  sus  aplicaciones  en  la   Nanotecnología,  las  cuales  se  dedican  al  conocimiento  de  los  procesos  biológicos,  químicos  y  físicos  a  nivel  molecular,  y  en  un  futuro  se  convertirán  en  una  de  las  revoluciones científicas más importantes para la humanidad.   La Química se relaciona con la Geografía, al momento de estudiar cómo está formada  la corteza terrestre para entender los fenómenos que se llevan a cabo en ella o para la  búsqueda de recursos naturales.  La Química y la Física son ciencias complementarias. ¿Sabías que la teoría atómica fue  hecha  por  físicos?  Otro  ejemplo  son  las  reacciones  nucleares  para  producir  energía  nuclear  y  después  transformarla  en  energía  eléctrica  para  uso  doméstico,  como  consecuencia  de  este  proceso  se  producen  residuos  radiactivos  de  lenta  desintegración.  La Química y la Astronomía tienen múltiples puntos de contacto. Un ejemplo claro lo  tenemos  cuando  el  astrónomo  requiere  conocer  la  edad  y  la  composición  de  las  estrellas que se encuentran a años luz de distancia. Analizando la luz que nos llega de  ellas ha sido posible calcular la distancia a la que se encuentran de nuestro planeta y  etapa de desarrollo.  Igualmente con la Arqueología, se utiliza para descifrar datos e interrogantes como la  antigüedad  de  piezas  (jarrones,  armas,  cascos).  La  exactitud  se  logra  por  medio  de  métodos químicos como el del carbono 14.  En el área de la Ingeniería, la química hace posible la alta tecnología desde los chips  de computadora hasta los cristales líquidos de tu televisión y calculadora.  Aunque hay una gran variedad de ramas de la química, las principales divisiones son:  •

 Química  Aplicada.  Estudia  las  propiedades  de  cada  una  de  las  sustancias  en  particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc. 

•

 Química Inorgánica. Estudia las sustancias que provienen del reino mineral. 

•

 Química  Orgánica.  Estudia  principalmente  los  compuestos  que  provienen  de   seres vivos, animales y vegetales. 

•

 Fisicoquímica. Estudia la materia empleando conceptos físicos.  

•

 Bioquímica.  Es  la  ciencia  que  estudia  los  componentes  químicos  de  los  seres  vivos,  especialmente  las  proteínas,  carbohidratos,  lípidos  y  ácidos  nucleicos,  además de otras pequeñas moléculas presentes en las células.  7  Universidad CNCI de México 

 

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La  química  tiene  un  papel  fundamental  para  la  comprensión  de  procesos  y  descubrimientos que formarán parte de las soluciones a los problemas. 

Práctica 2  Instrucciones:  lee  los  siguientes  párrafos  y  señala  en  la  línea  cuál  o  cuáles  ciencias  mencionadas se relacionan con la Química en cada caso.  1.‐  En  la  combustión  de  los  automóviles  se  liberan  sustancias  contaminantes  que  ocasionan graves perjuicios a la comunidad, por lo que las dependencias de gobierno  implementan medidas de control para minimizar efectos.      2.‐ Bangladesh es el séptimo país más populoso del mundo, y decenas de millones de  sus ciudadanos han sido expuestos al arsénico en el agua durante las últimas décadas.  Alrededor de 3.000 bangladeshíes mueren de cáncer inducido por arsénico cada año, y  hoy  en  día  millones  de  personas  en  el  país  viven  con  envenenamiento  por  arsénico,  que se manifiesta como lesiones de la piel y trastornos neurológicos,   enfermedades  cardiovasculares y pulmonares, además de cáncer.       3.‐  Usando  el  radiotelescopio  Robert  C.  Byrd  de  Green  Bank  (GBT  por  sus  siglas  en  inglés), ubicado en Virginia Estados Unidos, se ha estudiado los precursores químicos  de  la  vida.  Estos  nuevos  descubrimientos  están  ayudando  a  los  científicos  a  desentrañar  los  secretos  de  como  los  precursores  moleculares  de  la  vida  pueden  formarse en las nubes gigantes de gas y polvo donde nacen las estrellas y planetas.                      8  Universidad CNCI de México   

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Sesión 2    Los temas a revisar el día de hoy son:  1.4.  El método científico  1.5. Riesgos y beneficios de la Química    1.4.  El método científico  Debido a que la ciencia tiene como objetivo la explicación de las causas y los efectos de  lo  que  ocurren  en  nuestro  alrededor,  ha  sido  necesario  establecer  una  serie  de  procedimientos  llamados  Método  Científico.  Éste  es  el  proceso  central  de  las  investigaciones científicas.    Pasos para el Método científico:    1. Efectuar  Observaciones:  describir  y  medir  algún  evento  de  la  naturaleza.  Los  datos  son  las  observaciones  basadas  en  las  mediciones  cualitativas  (la  casa  es  blanca, el aluminio es plateado); o bien cuantitativas (el agua hierve a  100ºC, el  árbol mide 10 mts).  2.  Formular Hipótesis: es una explicación posible a la observación.  3.  Llevar a cabo Experimentos: es un procedimiento para explicar la hipótesis.   Regularmente se realizan muchos experimentos para recopilar una gran cantidad  de datos, si los resultados de la experimentación no coinciden con la hipótesis, se  debe proponer una nueva hipótesis y hacer nuevamente experimentos.   4.  Teoría: son explicaciones de fenómenos fundadas en numerosas observaciones  y apoyada en numerosos experimentos, por ejemplo: el estudio del átomo, en el  cual  se  han  propuesto  un  serie  de  teorías  que  tratan  de  explicar  su  comportamiento y que hasta la fecha no se ha finalizado de estudiar.  5.    Ley:  es  un  enunciado  que  resume  hechos  experimentales  acerca  de  la  naturaleza,  cuyo  comportamiento  es  congruente  y  no  presenta  excepciones  conocidas.    Los  médicos  como  hombres  de  ciencia,  usan  el  método  científico  en  su  labor.  En  alguna  ocasión  que  te  hayas  enfermado  y  te  llevaron  al  médico,  después  de  examinarte, seguramente se determinó que siguieras un tratamiento, se incluyó el uso  de  medicamentos  para  aliviarte  o  curar  la  enfermedad  y  pidieron  que  te  realizaran  análisis para establecer un diagnóstico.    Problemas cotidianos  Instrucciones: identifica el problema de las siguientes situaciones y dale una solución  acertada.     •  Supón que necesitas realizar varios encargos en diversos lugares, como ir a una  tienda de abarrotes, al banco, alquilar un video e ir a dejar un encargo a casa de  un amigo, antes de las 3:00 p.m.   

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Siguiendo con el ejemplo de cuando necesitas hacer varios encargos antes de las 3:00  p.m.,  en  el  paso  número  uno:  identifica  el  problema  que  sería,  idear  una  ruta  para  completar el mayor número de encargos antes de la hora  establecida.   Las observaciones previas te proporcionan datos como la hora de cierre del banco y el  alquiler de videos, considera que tienes que conservar los alimentos fríos de la tienda  de abarrotes. Estos datos te aportan información acerca del  tiempo aproximado que  necesitas para ir de un lugar a otro.  Como puedes ver el mundo está lleno de problemas, simples y complejos en los cuales  aplicamos  un  razonamiento  crítico,  y  si  te  das  cuenta,  los  científicos  siguen  estos  mismos procedimientos para estudiar el mundo que nos rodea, lo importante es que el  pensamiento científico sea aplicable a cualquier aspecto de la vida.    Gráfico del Método Científico  

    Revisaremos  un  ejemplo  que  se  puede  presentar  en  nuestra  vida  cotidiana  y  que  refleja una forma simple del método científico, en su aspecto más de sentido común, a  pesar de que tenga otros aspectos anti‐intuitivos:    Imagina que te sientas en el sofá dispuesto a ver un rato la televisión y al apretar el  control a distancia, no enciende la tele. Repites la operación tres veces y nada. Miras si  el control está bien, cambias las pilas y sigue sin encenderse la TV. Te acercas a la TV y  pruebas directamente con sus botones, pero sigue sin funcionar. Compruebas si está  desconectada, pero está conectada y sin embargo no funciona.     Al caminar por la sala buscas los interruptores de la luz, pero al oprimirlos no se  encienden. Compruebas en otras habitaciones y tampoco. Sospechas que el problema  10  Universidad CNCI de México   

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está en la caja de fusibles central. Vas a inspeccionarla y descubres que había uno flojo.  Reconectas y todo funciona...  Este proceso sigue una estrategia que desarrollamos muchas veces de manera  inconsciente en la vida cotidiana, que se asemeja mucho al método científico y sirve  para ilustrarlo de forma fácil. En la explicación siguiente se explican los pasos:      Observación: detectas el problema de que no funciona la TV.    ‐Primera Hipótesis: quizás no oprimiste bien los botones del  control  o no has apuntado bien a la TV.    ‐Predicción: si la hipótesis es cierta, entonces si aprietas tres  veces  los  botones,  dirigiendo  bien  el  control,  se  debería  encender la TV.       ‐Verificación:  realizas  la prueba,  pero  no  se  enciende  la  TV,  es decir, no se confirman tus predicciones.    El experimento ha sido válido, así como la comprensión de los principios que usaste.  Esto hace que busques una nueva hipótesis en base a las observaciones derivadas del  fallo de tus predicciones, con lo que concluyes: “ya comprobé que el problema no está  en  los  botones  del  control  ni  en  la  posición  de  éste”.       ‐Segunda  Hipótesis:  no  funcionan  las  pilas  del  control.    ‐Predicción:  si  cambias  las  pilas  por  otras  nuevas  tendrá  que  funcionar  la  TV.    ‐Verificación: ya cambiaste las pilas y sigue sin funcionar la televisión.    Tu experimento y la comprensión de tu hipótesis ha sido probablemente correcta.  Como consecuencia y con la información adicional observada (que tampoco son las  pilas del control), vuelves a generar otra nueva hipótesis:    ‐Tercera hipótesis: el problema está en los botones del televisor o en la conexión.    ‐Predicción: presionando fuerte los botones y comprobando el enchufe, funcionaría el  televisor.    ‐Verificación: lo compruebas, pero siguen sin funcionar.    Con la nueva información te puedes plantear dos nuevas hipótesis: hipótesis 4a (que  el problema es del interior de la TV) o hipótesis 4b (que el problema está en el  suministro eléctrico de la casa).    11  Universidad CNCI de México   

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Es más fácil verificar las predicciones de la hipótesis 4b, la cual optas por  contrastarla.  ‐Puedes predecir que si la hipótesis 4b (fallo del suministro eléctrico de la casa) es  cierta, no deberían funcionar los interruptores de la luz de todo el piso.    ‐Verificación: en este caso es correcta porque tras probar varios interruptores, varias  veces, (replicación), éstos no funcionan.     Entonces  se  acepta  como  teoría  provisional,  que  el  fallo  del  funcionamiento  del  televisor  se  debe  al  fallo  del  suministro  eléctrico  de  la  casa.  Para  especificar  más,  plantea  varias  hipótesis  adicionales  y  opta  por  la  hipótesis  de  que  han  fallado  los  fusibles  de  la  caja  de  suministro  eléctrico,  porque  parece  la  más  simple  y  fácil  de  contrastar.    ‐Predicción: si miras en la caja de suministro eléctrico, veras el dispositivo en posición  "off" y al corregirlo funcionarán los interruptores, así como la televisión.    ‐Verificación: lo compruebas y se confirma la posición "off" del dispositivo. Lo corriges    y funcionan todas las luces del piso y la televisión.    Esta  explicación  es  lo  que  solemos  hacer  casi  siempre  de  forma  inconsciente.  El  ejemplo se puede ver en muchos aspectos de nuestra vida y nos sirve para ilustrar el  método científico en sus aspectos más cercanos a nosotros.   

Práctica 3    Instrucciones:  realiza  la  siguiente  lectura  y  contesta  las  preguntas  que  están  al  finalizarla.    La trágica carne asada  Tu  mejor  amigo  organizó  una  carne  asada  en  el  patio  de  su  casa,  realizadas  las  compras necesarias, tu amigo se dispuso a prender el carbón con un poco de gasolina  que extrajo de su carro en un pequeño recipiente, una vez impregnado el carbón de  gasolina, colocó el recipiente con sobrante sobre una pila de periódicos viejos cerca del  brasero y encendió el carbón, levantándose una gran llamarada; segundos más tarde el  recipiente  empezó  a  arder  y  muy  pronto  el  fuego  se  propagó  por  los  periódicos  llegando hasta un arbusto seco que se encontraba cerca.     ¿Al encontrarte en esa situación qué harías?     a) Tomar la manguera, abrir la llave del agua y dirigir el chorro hacia el incendio.  b) Ir por el extinguidor que traes en tu carro (considerando que el carro está cerca)  y  apagar el fuego.   c) Tomar una cobija que estaba tendida, mojarla y cubrir el fuego.    

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Explica  cómo  aplicar  los  pasos  p del  método  m cie entífico  (plaanteamiento o  del  problema,  hipóttesis,  obtención  y  reegistro  de  información,  experim mentación,  contrastaciión  e  interrpretación  d de resultados y conclusión) para rresolver la  cuestión.     1.5. R Riesgos y beneficios de la Químicca    La in ndustria quíímica ha creeado múltip ples beneficcios para laa sociedad,  pero también se  ha en ncargado de generar m muchos pro oblemas.  A Ahora enfrentamos mu uchos problemas  cuyas soluciones dependen n  de la cien ncia.   A diaario leemos u oímos hisstorias acerrca de:    • La elaboración de vacunas contra el SIDA..  uso de herbicidas y pessticidas.  • La prohibición del u enfermedades  genéticas,  crímenes,  • Los  anáálisis  de  AD DN  para  determinar  d pruebas de paternid dad, etc.  o en el aguaa potable.  • El plomo • El calenttamiento glo obal.  • El agujerro de la cap pa de ozono.  • Los  riesggos  asociad dos  con  el  café,  c el  alco ohol,  las  grrasas  saturaadas  entre  otros  alimento os.  •  Contam minación.  •  Quema de bosquess y sus efecttos en la ecología.      Estoss  problemaas  persistiráán  durante  muchos  añ ños  y  otross  se  añadirán  a  la  listta.  En  dond de  vivimos,,  cada  uno o  de  nosottros  estamo os  expuesttos  día  a  d día  a  productos  quím micos y riesggos químico os peligroso os. Por eso  nos debem mos pregunttar: ¿Los rie esgos  supeeran a los beeneficios?    La evvaluación de riesgos ess un processo que conju unta a proffesionales d de los campos de  la  qu uímica,  biollogía,  toxicología  y  esstadística  para  evaluarr  el  riesgo  asociado  con  c la  expo osición de ciierto producto químico o.     dios  para d demostrar ccomo  Se haan llevado aa cabo estud se peerciben esto os riesgos, p por ejemplo o la exposición a   un producto quíímico. La  percepción d depende si son   riesggos voluntarios como ffumar o viajjar en avión n,   se acceptan con más facilidaad que los involuntario os,   por eejemplo: loss herbicidass en los cítriicos o el asb besto   en lo os edificios. Las personas llegan a cconclusione es de que  todo o lo “sintéticco” es malo, en tanto q que todo lo orgánico ess bueno.      Una vez evaluad do el riesgo o, lo siguientte es manejjarlo. El maanejo de riesgos comprrende  juicio os  de  valor  en  los  quee  confluyen  aspectos  sociales,  s económicos  yy  políticos.  Estos  riesggos deben confrontarsee con los beeneficios de e las nuevass tecnologíaas que vend drán a  sustituir  al  viejo  problema.  Nosotro os  aplicamo os  la  evaluaación  como o  el  manejjo  de  13  Universsidad CNCI dde México   

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riesggos  para  deecidir  si  com mpramos  ciierto  produ ucto  (un  peesticida),  si  tomamos  cierto  c medicamento (u un analgésicco por ejem mplo) o com memos cierto os alimento os.     q es  el  combatiir  la  caresttía  de  alime entos  Algunos  beneficcios  de  la  industria  química  ayud dándose  de  técnicas  co omo  la  biottecnología  para  produ ucir  alimenttos  transgé énicos  con  característticas  útiless  desde  el  punto  de  d vista  co omercial,  m manipuland do  la  inforrmación  intterna  de  los  cultivos  seleccionad s dos  al  intro oducirles  caambios  de  color,  c sabo or  y  resisten ncias  a  plaggas.  Tambiéén  algunas  sustancias  naturales  p presentes  en  e los  alimeentos pueden provocar cáncer, los químicos ya trabajan n en estos problemas.     Los  refrigerante r es  hacen  po osible  que  los  l alimentos  perm manezcan  co ongelados,  que  preserven  grandes  cantiidades de p productos aalimenticioss que de ottra  maneera  se  echaarían  a  perrder  y  por  otro  lado  los  conservadores  también  tienen  sus  efectos  e en  la  d. También  se produceen nutrientes sintético os,  salud pero  queda  mu ucho  por  hacer  h a  meedida  que  la  poblaación  mundial  aumen nta  en  relaación  con  el  camp po disponib ble para el cultivo.     Los aavances en  la medicinaa y quimiotterapia, a través del desarrollo de drogas nu uevas  han  contribuido o  a  la  prolo ongación  dee  la  vida  y  al  alivio  del  sufrimiento  human no.  La  indusstria  de  loss  plásticos,  polímeros  y  textiles  producen  materiales  m de  constru ucción  durables y útiless.     Conssiderando  e el ejemplo:   La  producción  p agrícola  haa  aumentado  el  uso  de  fertilizantes  quím micos,  pestiicidas  en  las  mejjoras  de  se (plagguicidas)  y  variedades  v emillas.  A  trravés  de  laa  Alianza  paara  el  Desaarrollo rurall sustentable que se esstá conform mando con lla participacción de todas las  fraccciones del sector rural  y pesquero o del país, laa producció ón de alimeentos en Mé éxico,  seguirá  creciendo  por  encima  del  porcentaje  p de  aumento  anual  d de  la  poblaación,  (SAG GARPA, 2009 9).     micos con eel aumento  de la pobllación  ¿Quéé beneficio  tiene el usso de fertilizzantes quím agríccola?     El  incremento  de  d la  utilizaación  de  feertilizantes  sin  duda  se  s debe  al  aumento  de  d las  cosechas,  lo  que  confirma  la  pauta  general  g de  mayor  m eficaacia  en  la  u utilización  de  d los  fertillizantes.  Ottra  posibilidad  consiste  en  mejo orar  a  travvés  de  la  biotecnologgía  la  eficaacia en la uttilización dee fertilizanttes, la absorción de nu utrientes en n las plantaas, así  como o también b beneficia a q que se man ntengan verrdes por máás tiempo.    Sin eembargo, co omo ahora  sabemos, n no todos lo os producto os son buen nos. Algunos han  estad do  implicad dos  en  enffermedadess  y  afeccio ones  de  toda  índole,  incluso  cááncer,  trastornos  y  defectos  reproductiv r vos,  defecttos  de  naacimiento,  trastornoss  de  comp portamiento neurológiico y funcio ones inmuno ológicas defficientes.     14  Universsidad CNCI dde México   

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Muchos  miles  de  casos  de  enven nenamiento o  accidentaal  son  resultado  dell  uso  inaprropiado  de  formulacio ones  de  plaguicidas  altamente  a t tóxicas,  o  ssu  aplicació ón  en  lugarres que carecen de eq quipo protector o dond de el equip po no se usaa. Los productos  quím micos agotan n la capa dee ozono, caausan cambios en el cliima, y afecttan la diverrsidad  bioló ógica del mu undo. Se accumulan en n reservas aalmacenadas y sitios dee eliminació ón de  desechos  mal  manejados..  Muchos  de  d ellos  pe ersisten  en n  el  medio  ambiente  y  se  bioaccumulan, co onduciendo o a niveles een constantte aumento o en seres h humanos y  en la  fauna silvestre.     ozos  derivad dos  de  la  gran  activid dad  industrial  que  se e  está  Son  cuantiosos  los  destro llevando  a  cabo  en  el  mundo  m desaarrollado  ho oy  en  día,  y  la  preseencia  de  ciiertos  elem mentos  o  prroductos  en n  grandes  cantidades  c trastorna  el  e equilibrio o  normal  de  d los  ecosistemas y reepercute neegativamen nte en el me edio ambien nte.    La  co ontaminació ón  industrial  tiene  un na  gran  imp portancia  en  e cuanto  aa  generació ón  de  resid duos  sólidoss  o  líquidoss  (como  el  mercurio  o  o el  plomo)  que  se  filttrarán  al  su uelo  y  aguaas y también en cuanto a la liberración de gaases y hum mos en el aire dentro d de las  indusstrias  quím micas,  las  más  m contam minantes  so on  las  indusstrias  básiccas  (que  op peran  direcctamente so obre los reccursos naturrales).     Debeemos  estar  conscientees  de  que  obtendremo o os  muchos  beneeficios  de  la  química,,  pero  tam mbién  de  que  q nunca  podrremos  elim minar  todoss  los  riesgo os.  Nuestraa  meta  es  reducir  al  mínim mo  riesgos  innecesario os  y  tomar  decisiones  respo onsables freente a los riiesgos neceesarios.    Al  mejorar  m tu  comprensió c ón  de  los  co onceptos  de  química,  tendrás mayor ccapacidad p para entend der las posibilidades y  limitaciones de la ciencia.           

Prácctica 4      Instrrucciones: rresponde las siguientess preguntass de manera individual, con base  en el  cono ocimiento ad dquirido en n esta semana:  1.‐ Esscribe 3 riesgos involu untarios resspecto a la q química y q que enfrentas en tu vid da día  con d día.    2.‐ Describe quee son los inssecticidas orgánicos.    Qué beneficcios tiene laa aplicación de insecticcidas orgánicos?   3.‐ ¿Q         15  Universsidad CNCI dde México   

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Sesión 3  Los ttemas a revvisar el día d de hoy son::         2 2. Propiedades de la m materia  2.1. Reco onoce las p propiedadess de la  matteria       2.1.1. Caracterrísticas y m manifestacio ones de la m materia  materia      2.1.2. Propiedades de la m     2.1.3. Estados de agregacción de la m materia      2.1.4. Cambioss de estado o de la mate eria      2.1.5. Clasificaación química de la maateria    2. Prropiedades de la materia  2.1. R Reconoce laas propiedaades de la m materia  Gran n parte de lo os problemaas ambientaales que ten nemos en laa actualidad d se deben a que  en  el  pasado  see  desconoccían  las  pro opiedades  de  d algunos  materiales,  al  igual  que  q el  o que originaban al inteeractuar con el medio ambiente.  daño   En  esta  sesión  vas  v a  conocer  qué  es  la  materiaa,  por  ello,  es  importante  conoce er  sus  prop piedades  paara  clasificaarla,  identifficarla  y  haacer  un  uso o  responsable  de  ella  para  beneeficio propio o y la conservación del planeta.      2.1.1 1. Caracteríssticas y manifestacion nes de la maateria    Como  habíamo os  visto  antteriormentee,  los  filóso ofos  grieggos mencion naban que  todo organ nismo y objjeto  estab ban  constittuidos  por  cuatro  eleementos:  aire,  a aguaa, tierra y fu uego.    t se  ha  Pero  después  de  muchass  ideas  y  teorías,  llegado  a  la  conclusión  dee  que  el  Un niverso  enttero  or materia.   está formado po       é es materiaa?   ¿Qué Es to odo aquello que tiene m masa y ocup pa un lugar en el espaccio, es todo o lo que exisste en  el Un niverso. De hecho la Qu uímica estudia la mate eria y los cam mbios que éésta sufre.    La m masa es la exxistencia dee materia en n forma de partículas, es una med dida de can ntidad  de laa materia, pero solemo os confundirr la masa co on el peso.      El pe eso es la accción de la fu uerza de graavedad sobrre la masa d de un objeto en particu ular.   Cuan ndo se inició ó la exploración al espaacio, las dife erencias en ntre masa y peso se hiccieron  más  evidentes.  Por ejemplo la masa  de un astro onauta en lla Luna es lla misma que su  masaa  en  la  Tierrra;  la  canttidad  de  materia  que lo  constitu uye  no  cam mbia.  El  pesso  del  astro onauta  en  la  luna  es  sólo  s una  seexta  parte  de  d su  peso  en  la  Tierrra,  por  lo  que  q la  atraccción que laa Luna ejercce es seis veeces menor que la atraccción de la Tierra.   “El peso cambiaa con la gravvedad pero o la masa no o”.  16  Universsidad CNCI dde México   

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2.1.2 2. Propiedad des de la m materia   Los o objetos quee están en n nuestro enttorno prese entan caractterísticas qu ue nos perm miten  distin nguirlos uno o de otro. A A estas características sse les nomb bra propiedades.    Las p propiedadess se clasifican en:  1.‐  P Propiedades  generaless extensivaas.  2.‐  P Propiedades específicaas o intensivvas:                                        a) Prop piedades qu uímicas.                                      b) Prop piedades físsicas.            1.‐ Propiedadess generales o extensivaas.   d la  cantid dad  de  massa  que  Son  comunes  y  depende  de  poseea, tenemoss:  •  M Masa:  es  la  existencia  de  mateeria  en  form ma  de  tiene como p partículas y  o unidad el ggramo (g). •  V Volumen: ees la porción n de espacio o ocupada por un  3 c cuerpo, la u nidad es el m .  •  IInercia: es  la tendenciia de un cu uerpo a con nservar  su  estado  en  reposo,  se  s relacionaa  con  la  maasa,    a  m mayor masa a, mayor ineercia.  •  P Peso: es la  acción de  fuerza de laa gravedad sobre  u un objeto, s u unidad ess el newton (N).      más lo anterior, analiza la siguiente e pregunta:  Para clarificar m   qué se debee que, cuando viajamo os en auto yy el conducctor acelera a, nos mova amos  ¿A q (con respecto all auto) haciia atrás?    piedades  dee  la  materia  es  la  inerrcia,  por  lo  que  los  cu uerpos  tiend den  a  Una  de  las  prop perm manecer  en  el  estado  en  que  see  encuentraan,  si  se  en ncuentran  en  movimiento,  tiend den a seguirr en movimiento.     Por  tal  motivo,  al  frenarr  bruscameente  un  ve ehículo  las  personas  yy  cosas  qu ue  se  encu uentran en ssu interior  tienden a d desplazarse  hacia adelante. De ah hí la importtancia  de ussar el cinturrón de segu uridad.     Si  see  encuentraan  en  repo oso,  tienden n  a  seguir  en  reposo.  Por  eso,  cuando  el  auto  arran nca o cuand do está en rreposo y es chocado de esde atrás, los ocupantes se desp plazan  haciaa  atrás  (con n  respecto  al  auto),  es  e decir,  tie enden  a  peermanecer  en  reposo  (con  respeecto al piso).      17  Universsidad CNCI dde México   

 

 

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2.‐ Propiedadess específicas o intensivvas:  Se diistingue unaa de otra y n no dependeen de la can ntidad de masa que posea el cuerp po.  Éstass a su vez see clasifican en propiedades físicass y propiedaades químiccas.    a  Propied a) dades  físicaas:  pueden n  observarrse  sin  que  existan  cambios  en  e la  estructura  interna  de  la  susttancia.  El  color,  olor,  brillo,  durreza,    puntto  de  fusión,  punto  de  d ebullicción,  ducttibilidad,  densidad,  maleabillidad,  conductividad y sollubilidad.  •  Dure eza: la prop piedad de seer duro o blando.  •  Puntto  de  fusió ón:  es  la  teemperatura  a  la  cual  la  materia  pasa  de  esstado  sólido a estado líquido.   •  Puntto de ebulliición: la maateria cambia de estado o líquido a ggaseoso.  •  Ducttibilidad: qu ue es posible estirarse.  •  Densidad:  canttidad  de  masa  m por  un nidad  de  volumen,  v su us  unidadess  son  3 g/ml, g/L, g/cm .  eabilidad: lla capacidad de alguno os metales  de martillaar y laminarr para  •  Male darlee forma.  •  Cond ductividad::  es  una  meedida  con  la  l que  una  muestra  trransmite  caalor  o  electtricidad.  •  Solu ubilidad:  ess  la  cantidaad  de  susttancia  que  puede  dissolverse  en n  una  cantiidad previam mente espeecificada de e solvente.   Mencionaremoss las propiedades físicaas del iphon ne, vamos a ejemplificaar algunas:  olor platead do, por lo taanto lustre o o brillo.  •  Tiene co •  Presenta dureza po orque es un n metal.  •  Algunoss materialess de los quee está comp puesto el ap parato pued den presenttar un  punto dee fusión si sson expuesttos al sol.  •  No es dú úctil.   de perder laa  forma.  •  Es maleable, ya quee si presenttara alguna caída, pued •  No pressenta solubilidad.    Como puedes o observar tod da la materia tiene pro opiedades fíísicas un ejeemplo de e ello es  el iph hone.     Otro o  ejempllo  para  describir  las  propiedades  físicas,  f es  una  man nzana.   Pod demos señalar que  éstta presenta brillo  deb bido  a  las  ceras  que  contiene  en  e su  cubierta  exteriior;  el  color  como  la  masa  pue eden  varriar;    no  presenta  conductividad, ni punto de ebullición n y no  es  soluble  s a  menos  m que  sse  haga  un n  jugo  con el extracto o de manzan na.             18  Universsidad CNCI dde México   

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  b)  Propiedades  químicas:  son  las  propiedades  que  relacionan  los  cambios  de  composición  de  una  sustancia,    por  ejemplo    oxibilidad,  combustibilidad,  inflamabilidad y la reactividad de un elemento.  • Oxibilidad:  es  la  propiedad  de  algunos  elementos  capaces  de  formar  óxidos,  cuando están en contacto con el oxígeno, ejemplo: fierro cuando se oxida, al  igual las frutas y verduras al ponerse obscuras o negras.  • Combustibilidad: cuando las sustancias son capaces de arder.  • Inflamabilidad: esta propiedad química nos informa si la sustancia es capaz de  encenderse con facilidad y desprender llamas.   • Reactividad:  es  la  capacidad  de  reacción  química  que  presenta  ante  otros  reactivos.    Vamos a identificar algunas propiedades físicas y químicas  del azúcar de mesa.  • Es un sólido; presenta color blanco.  • Tiene  sabor dulce.  • No conduce la electricidad porque no es un metal.  • Presenta un punto de fusión de 185°C cuando se calienta y se carameliza.  • Tiene propiedades químicas  como arder  en oxígeno para producir, bióxido de  carbono.    Las  sustancias  en  el  mundo,  tal  y  como  las  conocemos,  se  caracterizan  por  sus  propiedades físicas o químicas, es decir, cómo reaccionan a los cambios sobre ellas.    ¿Es importante entender las propiedades físicas y químicas?  Importa  mucho,  ya  que  puedes  confundir  una  sustancia  por  otra,  puede  llevarte  a  pérdidas económicas, incluso si  confundes un medicamento por otro te puede llevar  el riesgo  de perder salud o ir a dar al hospital. ¡Cuidado!    A continuación se presentan más ejemplos, para identificar las propiedades intensivas.     Propiedades intensivas características de algunas sustancias Propiedades físicas Sustancia

Estado físico

Color

Olor

Punto de fusión

Prop. químicas La electricidad la descompone en sodio y cloro.

Sólido

Blanco

Inodoro

801º C

Líquido

Incoloro

Irritante

-117º C

Inflamable

Líquido

Incoloro

Inodoro

0º C

La electricidad la descompone en hidrógeno y oxígeno.

Toda la materia está conformada por características o propiedades extensivas e intensivas.

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Práctica 5    Instrucciones:  contesta  las  preguntas  que  a  continuación  se  incluyen,  observa  el  ejemplo (pregunta 1).  1.‐ ¿Cuál es la masa del iphone en la Tierra, en la Luna y en Marte?    R= Es 136 gramos en  los 3 diferentes ambientes, la masa no cambia, lo que cambia es  el peso que es la fuerza de la gravedad sobre la masa de un objeto.    2.‐ ¿De qué sustancias, metales, etc. está formado el iphone?      3.‐ ¿Por qué crees que el peso del iphone sería diferente en la Luna y en la Tierra?      4.‐ Si agregas ácido en la superficie del iphone:  ¿Cómo reacciona?  ¿Es inflamable?      2.1.3. Estados de agregación de la materia     Una muestra de materia puede ser un sólido, líquido, gases y plasma. Estas maneras de  manifestarse se conocen como estados de agregación o simplemente estados físicos,  debido  a  que  las  características  de  cada  uno  de  los  estados  tienen  relación  con  la  forma en la que están dispuestos los átomos o moléculas que componen la materia de  estudio.    Estado sólido  Los sólidos tienen una forma y volumen definidos. Normalmente son rígidos, ya que  sus moléculas están unidas unas con otras como una red cristalina donde las fuerzas  de atracción son muy fuertes. A mayor unión, mayor rigidez del sólido.    Estado líquido  Los  líquidos,  como  podemos  observar  a  través  de  muchos  ejemplos  en  nuestra  vida  diaria,  aunque  poseen  un  volumen  propio,  adoptan  la  forma  del  recipiente  que  los  contiene. Los líquidos pueden fluir, derramarse o escurrir debido a que las moléculas  no tienen una posición espacial tan fija como en los sólidos.    Las moléculas de los líquidos tienen suficiente energía cinética, es decir, la energía en  movimiento que ocasiona que se mueven más rápido, pueden romper la restricción de  una  estructura  definida.  Los  líquidos  también  tienen  otras  características  especiales  como la viscosidad y la tensión superficial. Cuando un líquido fluye, éste presenta una  resistencia interna al movimiento; a este fenómeno se le conoce como viscosidad del  líquido, por ejemplo: la miel y el agua, en estos dos líquidos, podemos afirmar que la  miel tiene mayor viscosidad.  20  Universidad CNCI de México   

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Las moléculas del agua están en constante movimiento en fase líquida.

    Estado gaseoso  Los  gases  no  tienen  forma  ni  volumen  definido,  sino  que  adoptan  la  forma  y  el  volumen del  recipiente que ocupan. Sus partículas, ya sean átomos o moléculas viajan  a  gran  velocidad  chocando  con  frecuencia  con  otras  partículas  y  con  las  paredes  del  recipiente, porque su energía cinética es muy alta. Los gases pueden comprimirse en  un grado relativamente importante, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión  pueden pasar al estado líquido.  Las moléculas del gas Helio, el gas para inflar globos, chocan constantemente, debido a que tienen mucha energía.

    Plasma  El plasma es el cuarto estado de la materia, de acuerdo a investigaciones científicas, es  el  más  abundante  en  el  Universo,  ya  que  ocupa  el  99%  del  mismo.  Las  estrellas,  auroras  boreales,    nuestro  Sol y  el polvo  interestelar  están  formados  por  plasma.  Y  como lo analizaste en el Explora, el Universo  tiene el estado de plasma.    El plasma es un gas ionizado que conduce corriente eléctrica, pero es eléctricamente  neutro.    Se forma a temperaturas muy elevadas, cuando la materia absorbe energía y se separa  formando  iones  positivos  y  negativos.  Como  el  plasma  no  puede  estar  contenido  en  ningún  recipiente  sólido,    los  científicos  experimentan  con  campos  magnéticos  muy  poderosos para poder confinarlo. 

Los tubos fluorescentes y los relámpagos, son manifestaciones del plasma.

 

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2.1.4 4. Cambios de estado d de la materria     n cambios fíísicos ya qu ue no se mo odifica la esstructura intterna  Los ccambios de estado son de laa sustancia.  Los ccambios de estado son:   •  Fusión: es el cambiio de estado o sólido a lííquido.  •  Evaporaación: cuando el estado o líquido se e convierte a estado gaaseoso.  •  Conden nsación: el ccambio de ggas a estado o líquido, p por ejemplo o si enfriamos un  gas  perd derá  velocid dad,  tendráá  que  juntaarse  y  tomaar  el  estado o  de  agreggación  líquido, ccomo las nu ubes.  •  Solidificcación: cam mbio de estaado líquido a sólido.  •  Sublimaación: es el cambio sólido a gaseo oso, sin pasaar por el esttado líquido o.  •  Deposicción: cambio o de estado o gaseoso al sólido sin pasar por eestado líquido.    Veam mos  alguno os cambios d de estado señalando como ejemp plo el ciclo d del agua:     

      Subliimación   Hielo o (agua en eestado sólid do) + tempeeratura = vapor (agua een estado gaaseoso).     Fusió ón  Cubo o de hielo (ssólido) + tem mperatura == agua (líqu uida).  El calor acelera  el movimieento de las partículas  del hielo, sse derrite yy se convierrte en  aguaa líquida.       Evap poración  No hay que confundir a la eevaporación n con la sub blimación. C Cuando te laavas las maanos y  las pones bajo laa máquina que tira aire caliente, é éstas se seccan y el agu ua se evapora. Lo  mism mo  pasa  cuaando  por  acción  a de  laa  temperatu ura  en  la  Tierra  T el  agu ua  de  los  mares  m camb bia de  líquido a gas y vva hacia la aatmósfera.       22  Universsidad CNCI dde México   

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Ebullición  El  agua  tiene  su  punto  de  ebullición  a  los  100º  C,  el  alcohol  a  los  78º  C.  El  término  hervir es una forma común de referirse a la ebullición.  Condensación  El vapor de agua al chocar con una superficie fría, se transforma en líquido. En invierno  los vidrios de los automóviles se empañan y luego le corren "gotitas"; es el vapor de  agua que se ha condensado.    2.1.5. Clasificación química de la materia   

    Una sustancia pura es una sustancia química particular compuesta de la misma clase  de  materia,  con  partículas  del  mismo  tipo  en  toda  su  extensión  y  puede  ser  un  elemento o un compuesto.    a)  Los  elementos  son  las  sustancias  más  fundamentales  de  las  cuales  se  construyen  todas las cosas materiales. La partícula más pequeña que conserva las propiedades del  elemento es un átomo.  b)  Los  compuestos  son  sustancias  puras  constituidas  por  elementos  de  dos  o  más  tipos,  combinados  unos  con  otros.  Cada  compuesto  tiene  una  fórmula  química  ejemplo la fórmula del amoníaco NH3.    El amoníaco está formado por dos elementos como Nitrógeno e Hidrógeno. La sal es  otro  compuesto  y  su  fórmula  es  NaCl,  está  formada  por  dos  elementos  que  son  el  Sodio y Cloro.    a) Ejemplos de elementos: Oxígeno Oro Plata Aluminio Hierro

 

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b) Ejemplos de compuestos: Agua Sal común Azúcar Amoníaco Alcohol etílico

 

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Las mezclas son el resultado de la combinación física de dos o más sustancias puras.  Como por ejemplo podemos mencionar las aleaciones metálicas como el acero, el aire  que es una mezcla de varios gases y el agua de mar que es una mezcla de agua y sales  minerales. Las mezclas se clasifican en dos tipos:  • Mezclas  homogéneas:  esta  mezcla  es  uniforme  en  toda  su  extensión,  por  ejemplo,  alcohol  en  agua,  el  latón,  acero,  un  enjuague  bucal  y  gasolina.  Las  aleaciones también son mezclas sólidas homogéneas de dos o más metales, o  de uno o más metales con algunos elementos no metálicos.     • Mezclas  heterogéneas:  se  les  conoce  como  soluciones  y  presenta  los  tres  estados  físicos.  No  tiene  propiedades  uniformes;  la  composición  de  una  zona  difiere de la composición de otra zona, por ejemplo aceite en agua, un aderezo,  un tiradero de residuos o una pizza.    Algunos  ejemplos  de  mezclas  homogéneas  como  las    aleaciones  y  algunos  usos  se  presentan a continuación. 

    Como  la  mayor  parte  de  la  materia  está  mezclada,  los  científicos  para  analizarla  separan las mezclas en sus sustancias componentes.    • Filtración.  Técnica  que  usa  una  barrera  porosa  para  separar  un  sólido  de  un  líquido.   • Destilación.  Se  basa  en  las  diferencias  de  los  puntos  de  ebullición  de  las  sustancias  involucradas.  Se  calienta  hasta  que  la  sustancia  más  volátil  se  convierte en vapor y luego se puede condensar y recoger.    • Cristalización. Da como resultado la formación de partículas sólidas puras de la  sustancia a partir de una solución que contenía dicha sustancia.    24  Universidad CNCI de México   

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Cromatografía.  Separa  los  componentes  de  una  mezcla  aprovechando  la  tendencia de cada componente a desplazarse por la superficie de otro material.  Decantación.  En  este  método  se  deja  reposar  durante  cierto  tiempo  una  mezcla de componentes sólidos y líquidos, para que la acción de la gravedad los  separe.   Centrifugación.  En  ocasiones  la  sedimentación  del  sólido  es  muy  lenta  y  se  puede  acelerar  mediante  la  fuerza  centrifuga.  Se  coloca  la  mezcla  en  recipientes  que  se  hacen  girar  a  gran  velocidad  y  los  componentes  menos  densos  (menos  pesados)  se  depositan  en  el  fondo.  Muy  usado  en  genética,  industria acerera y alimenticia.   Evaporación.  Separa  un  sólido  de  un  líquido,  cuando  se  quiere  recuperar  el  sólido.  Se  calienta  la  mezcla,  se  evapora  el  componente  líquido,  y  queda  el  sólido en el recipiente.    Sublimación. Se usa para separar al yodo de otros materiales sólidos, el yodo se  sublima al calentarlo, pasa de sólido a gaseoso sin pasar por el líquido, luego el  gas se condensa en una superficie fría. 

 

Práctica 6      Instrucciones: realiza lo que a continuación se te indica.  1.  Clasifica  el  estado  de  agregación  de  la  siguiente  lista  de  objetos  y  menciona  alguna propiedad que lo caracterice. Recuerda que algunas propiedades de la  materia son: color, olor, sabor, textura, etc. Revisa el ejemplo.  Objeto

Estado de agregación

Ejemplo: Té

Líquido

Propiedad Sabor dulce a amargo, varían colores.

Aire Pluma Calculadora Tanque de oxígeno Estrella

 

  Objeto

Estado de agregación

Propiedad

Lámpara Gas metano Gelatina Goma Tubo fluorescente Refresco

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Sesión 4  Los temas a revisar el día de hoy son:  2.2. Describe las características de los diferentes tipos de energía       2.2.1. Manifestaciones de la energía      2.2.2. Beneficios y riesgos en el consumo de la  energía  2.3. Describe las características de los cambios de la materia       2.3.1. Cambio físico      2.3.2. Cambio químico      2.3.3. Cambio nuclear    3. El modelo atómico y sus aplicaciones  3.1.   Describe las aportaciones al modelo atómico actual      3.1.1.  El modelo atómico de Dalton     3.1.2.  El modelo atómico de Thompson  3.1.3.  El modelo atómico de Rutherford     3.1.4.  Modelo atómico de James Chadwick     3.1.5.  Número atómico, número de masa y masa atómica    2.2. Describe las características de los diferentes tipos de energía    La  energía  es  la  capacidad  de  los  cuerpos  o  sistemas  de  cuerpos  para  efectuar  un  trabajo.  Por  ejemplo:  cuando  una  persona  sube  unas  escaleras  o  gasta  una  determinada cantidad de energía debido a que realiza un trabajo.     La  mezcla  de  hidrocarburos  que  forman  la  gasolina  posee  en  sus  enlaces  una  buena  cantidad de energía química, que se aprovecha para realizar un trabajo al hacer que el  auto se mueva.    La energía potencial que tiene el agua almacenada en una presa desarrolla un trabajo  cuando se deja caer sobre las turbinas para generar electricidad.    Básicamente existen dos tipos de energía: la cinética y potencial.                               26  Universidad CNCI de México   

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La en nergía cinéttica es la en nergía en movimiento yy se puede ccalcular con n la fórmulaa:   2   Ec=1 1/2mv   Ec= eenergía cinéética en joulles  m= m masa del ob bjeto en Kg  v= veelocidad del objeto m//s  El tip po de energgía potenciaal es la quee posee un o objeto debido a su posición dentro de  un caampo de fu uerzas. Por  ejemplo la  energía hu umana, la del agua, deel vapor, la  solar,  etc.    Se uttiliza la siguiente fórmu ula:  Ep= m mgh  Ep= eenergía poteencial, en jo oules  m= m masa del ob bjeto en Kg  g= acceleración d de la graved dad 9.8 m/s2   h= alltura, en m          gía, la  Para entender ccómo se relacionan lass diferentes manifestacciones o tipos de energ Ley d de la conse ervación de energía prropuesta po or Antonio  Lavoisier a finales del siglo  XVII es un conceepto clave, esta ley enu uncia: “La e energía no p puede crearse o destru uirse,  pero o si cambia d de una form ma a otra”.     La  energía  pote encial  o  en nergía  almaacenada  en n  un  cuerpo  que  se  eencuentra  a  a una  alturra determinada puede convertirsee en energíaa cinética.    ¡Imagínate en ccuántas form mas de eneergía se tran nsformará la energía q que provien ne del  Sol!    2.2.1 1. Manifestaaciones de la energía La en nergía pued de manifesttarse de varias maneraas, a contin nuación se  mencionan cada  una d de ellas:  • Energía mecánica. Es la que po oseen los cu uerpos por el hecho dee moverse aa una  determin nada velociidad (cinética) o de en ncontrarse d desplazados de su possición  (potencial).  • Energía térmica o ccalorífica. Esta energíaa se debe al movimientto de los átomos  o  moléculas  que  co omponen  un  u cuerpo.  La  temperaatura  es  la  medida  de e  esta  energía.  Por  ejemp plo:  cuando o  hervimos  agua,  al  au umentar  la  temperatura,  el  agua  co omienza  a  moverse  porque  inccrementa  su  s energía  térmica  y  y sus  moléculaas se desplaazan a gran velocidad. • Energía eléctrica.  EEs la que produce por e ejemplo unaa pila o unaa batería de un  coche.  • Energía electromaggnética. Es lla que transsportan las llamadas on ndas  electrom magnéticas, como la luzz, las ondas de radio, laas microond das, televisión,  etc. 

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Energía interna. Bajo esta denominación se engloban todas las formas de  energía existentes en el interior de un cuerpo.  Energía química. Es la energía que se desprende o absorbe de las reacciones  químicas, por ejemplo, en una reacción de combustión, fotosíntesis, la energía  química de los alimentos, la cual se transforma en nuestro organismo en otro  tipo como calorífico.  Energía nuclear. Es la que se genera en los procesos de fisión nuclear (ruptura  del núcleo atómico) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos).  Energía original Eléctrica

Aparato

Energía transformada

Química

Licuadora Horno de gas

Térmica o calorífica

Mecánica

Eléctrica

Radio

Electromagnética

La  energía  y  sus  diversas  formas  de  manifestarse  es  básica  para  el  bienestar  humano.  Ejemplo:  luz,  refrigeración,  aire  acondicionado,  agua  caliente,  etc.  El  acceso a diferentes fuentes de energía es fundamental para combatir la pobreza.  Hay cada vez mayor relación entre energía, economía y  medioambiente.    2.2.2. Beneficios y riesgos en el consumo de energías  La sociedad actual se ha llegado a acostumbrar a hacer uso de las diferentes formas de  energía,  con    el  objetivo  de  hacer  nuestra  vida  más  confortable  y  obtener  mayor  control sobre el entorno físico.   Nuestra vida sería inimaginablemente complicada sin el uso de las distintas formas de  energía. Los vehículos automotores como vimos anteriormente funcionan con energía  química, producto de la combustión de los hidrocarburos. La energía eléctrica usada  en  casas,  escuelas  y  centros  de  trabajo  se  obtiene  de  centrales  termoeléctricas  (en  México el 79.16% proviene de centrales termoeléctricas).   ¿Alguna  vez  pensaste  que  al  encender  un  foco  en  tu  casa    contaminas  el  medio  ambiente?, no que lo hagas directamente, sino que para hacer llegar esa energía a tu  casa  tuvo  que  darse  un  proceso  para  generarla  y  es  donde  se  liberan  los  contaminantes al ambiente.  Una casa produce dos veces más gases contaminantes que un auto. Una casa produce  aproximadamente  10  mil  Kg  de  CO2  y  un  auto  5,  200  kg.    De  aquí  la  importancia  de  ahorrar energía; mientras más ahorras menos contaminarás.  El  uso  de  combustibles  fósiles  (petróleo,  carbón  y  gas)  son  y  seguirán  siendo  la  principal  fuente  de    energía,  debido  a  menor  costo  y  mayor  eficiencia  en  la  transformación. Sin embargo, el impacto ambiental por la emisión de gases y el efecto  invernadero  como  consecuencias  de  su  combustión    pueden  limitar  su  uso  en  el  futuro. Ésta es la actividad humana que más contamina el ambiente. 

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Taller de Química I 

 

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La  energía  nuclear  puede  usarse  cuando  se  emplean  isótopos  radiactivos  para  el  diagnóstico  y  tratamiento  de  diferentes  enfermedades  como  el  cáncer;  también  se  utiliza  para  generar  energía    eléctrica,  sin  embargo,  el  estigma  de  su  uso  bélico  en  Hiroshima  y  Nagasaki  en  Japón  en  1945,  el  cual  produjo  la  muerte  de  miles  de  personas,  así  como  también  el  tratamiento  de  desechos  nucleares  provocan  mucha  controversia respecto a su aplicación.  A pesar de los múltiples aspectos benéficos debemos pensar que la sociedad ha traído  y seguirá trayendo graves riesgos para el ecosistema.  Energías limpias  La conciencia ecológica ha dejado de ser una moda, para convertirse en una necesidad  apremiante.  Si  no  modificamos  las  formas  de  obtener  energía,  estaremos  condenando  irremediablemente    nuestro  presente  y  futuro,  toda  la  humanidad  y  por  lo  tanto  el  planeta.  Las  energías  limpias  representan  una  alternativa  prometedora  para  mejorar  las  fuentes  energéticas  minimizando  los  riesgos  actuales,  éstas  provienen  de  fuentes  de  energía renovables.    Este tipo de energías limpias consta de seis bases como son:   a) Eólica  b) Biomasa   c) Solar  d) Hidroeléctrica  e) Geotérmica   Mareomotriz (energías del mar).  a) Energía  Eólica:  es  la  energía  obtenida  del  viento,  es  decir,  la  energía  cinética  generada  por  efecto  de  las corrientes  de aire  y  que  es  transformada  en  otras  formas  útiles  para  las  actividades  humanas.  La  energía  eólica  es  utilizada  principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores.   Ayuda  a  disminuir  las  emisiones  de  gases  de  efecto  invernadero  al  reemplazar  termoeléctricas  a  base  de  combustibles  fósiles,  lo  que  la  convierte  en  un  tipo  de  energía verde. En México hay una central eólica ubicada en La Venta, Oaxaca y es la  zona con mayor potencial eólico en el mundo.   b) Biomasa: consiste fundamentalmente en el aprovechamiento energético de los  residuos  naturales  (forestales,  agrícolas,  etc.)  o  los  derivados  de  la  actividad  humana (residuos industriales o urbanos).   29  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

La biomasa podría proporcionar energías sustitutivas a los combustibles fósiles, gracias  a biocombustibles líquidos (como el biodiésel o el bioetanol), gaseosos (gas metano) o  sólidos (leña), pero todo depende de que no se emplee más biomasa.  c) Energía  solar:  el  Sol  emite  a  cada  instante  grandes  cantidades  de  radicación  luminosa y calorífica.  Desde  hace  tiempo  se  han  estado  construyendo  colectores  para  aprovechar  esta  radiación.  La    energía  solar  puede  aprovecharse  para  producir  energía  mecánica  y  eléctrica.  d)  Energía  hidroeléctrica:  aprovecha  los  saltos  de  agua  de  las  presas  o  de  los  pantanos para   generar energía eléctrica y es una de las más limpias.  e)  Energía  geotérmica:  corresponde  a  la  energía  calorífica  contenida  en  el  interior  de  la  Tierra,  van  de  los  3,000  a  4,000  º  C,  que  se  transmite  por  conducción  térmica  hacia  la  superficie  por  medio  de  Géiseres,  volcanes  y  fuentes  termales  y  fumarolas,  la  cual  es  un  recurso  parcialmente  renovable  y  de alta disponibilidad. Sirve para generar electricidad y produce el denominado  Magma.  México  es  uno  de  los  países  más  avanzados  en  cuanto  a  la  producción  de  energía  geotermoeléctrica.     f) Energía  mareomotriz:  hace  uso  del  movimiento  de  las  masas  de  agua  que  se  producen en las subidas y bajadas de las mareas. Se estima que en el siglo XXI  la  mayor  parte  de  la  energía  que  consuma  la  humanidad  será  extraída  de  los  océanos.   Actualmente  apenas  está  explotada;  las  investigaciones  se  centran  sobre  todo  en  las  mareas y el oleaje, tanto una como otra ofrece expectativas, no en vano son fuentes  permanentes con gran potencial y además 100% renovables. La energía mareomotriz  se transforma en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable.  

  Práctica 7  1.‐ Complementa la tabla que a continuación se presenta, con los tipos de energía que  usa o  manifiesta cada aparato. 

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Semana 1 y 2

  Objeto

Energía que se usa o se manifiesta

Molino de viento Asador Termómetro Aparato de rayos X Pizza Movimiento de una bicicleta Boiler solar

  2. Reflexiona y justifica tus respuestas con argumentos sustentados sobre la siguiente  situación:  Armando  es  estudiante  de  preparatoria,  él  puede  ver  televisión,  escuchar  música  y  estar en la computadora al mismo tiempo. Tiene la costumbre de dejar todo el día y la  noche prendida la computadora para tener abierto el MSN y Facebook.   •

¿Cómo afecta el mal uso de la electricidad en tu persona y a la sociedad?  

•

¿Crees que la conducta de Armando es correcta?  

•

¿Qué harías tú en el caso de Armando?  

      2.3. Describe las características de los cambios de la materia  Desde que un organismo vivo nace hasta que muere, está sujeto a cambios continuos.  La  muerte  no  representa  el  fin,  sino  el  comienzo  de  un  nuevo  ciclo,  donde  los  componentes que integraban a un organismo,  serán utilizados por otros organismos,  de esta manera sigue fluyendo el ecosistema.  Los cambios de un objeto u organismo se clasifican en 3 tipos:  •  Cambio físico.  •  Cambio químico.  • Cambio nuclear.    2.3.1. Cambio físico    En un cambio físico la composición de la sustancia no se modifica, pero su forma o su  estado  de  agregación  sí  se  alteran,  por  ejemplo  un  cubo  de  hielo,  puede  cambiar  su  estado  líquido  y  a  su  vez  a  estado  gaseoso  sin  que  la  estructura  interna  del  agua  se  altere.   31  Universidad CNCI de México   

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Algunos ejemplos de cambios físicos son:   •  Doblar un alambre.  •  Fragmentar un objeto.  •  Moler granos.  •  Disolver agua con azúcar.  •  Rizar las pestañas.    Un cambio físico indispensable para el funcionamiento de la vida es el ciclo  de agua,  donde esta molécula, va cambiando de estado sin  modificar la composición química  de la sustancia.    2.3.2. Cambio químico  Un cambio químico  es cuando la estructura interna de la materia es alterada. Todas  las    reacciones  químicas  son    cambios  químicos,  y  en  una  reacción  química  las  sustancias originales se parecen poco o casi nada a las sustancias finales, que son los  productos.  Algunos ejemplos son:   • Combustión.  • Oxidación de los metales.  • Agriado de la leche.  • Cocinar alimentos.  • Digestión, etc.          En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de cambios físicos y químicos.  Proceso que tiene lugar

Tipo de cambio

Oxidación

Químico

Cocción de un huevo

Químico

La clara y yema se convierten en sólidos y cambia la estructura interna.

Moler maíz

Físico

Sólo se corta en piezas más pequeñas, no cambia la estructura interna.

Ebullición del agua

Físico

El líquido se transforma en vapor.

El metal brillante se transforma en oxido café rojizo.

 

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Explicación

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2.3.3. Cambio nuclear    Un  cambio  nuclear  es  aquel  donde  la  constitución  del  núcleo  de  un  átomo  es  modificada. Esta  transformación implica una gran cantidad de energía liberada.    La materia está formada por átomos y  cada uno tiene un núcleo donde se encuentran  los protones y neutrones y alrededor del núcleo están los electrones, sobre este tema  profundizaremos en los siguientes bloques.     Algunos  beneficios  positivos  de  estos  cambios  se  encuentran  en  la  medicina  por  ejemplo  los  rayos  X,  que  permiten  captar  estructuras  óseas  y  diagnosticar  enfermedades.  Las  centrales  nucleares  son  industrias  las  cuales  son  totalmente  necesarias ya que son productoras de electricidad.    Los  reactores  nucleares  son  dispositivos  en  donde  se  produce  una  reacción  nuclear  controlada.  Se  puede  utilizar  para  la  obtención  de  energía  en  las  denominadas  centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio que es  un  elemento  químico,    para  ser  usados  en  armamento  nuclear,  la  propulsión  de  buques  o  de  satélites  artificiales  o  la  investigación.  Los  reactores  nucleares  generan  residuos  radiactivos.  Algunos  de  ellos  como  el  americio,  el  neptunio  o  el  curio,  elementos químicos  de una alta toxicidad.      Dicho  interés  en  la  creación  de  dichas  sustancias  impone  un  diseño  específico  del  reactor en deterioro de la ecología del mismo.    La  percepción  de  peligro  en  la  población  proviene  de  que  un  accidente  o  un  ataque  terrorista les exponga a la radiación.     Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente sólo producen energía  de  forma  comercial  los reactores  nucleares  de fisión.  La  fisión  nuclear  consiste  en la  división del núcleo de un átomo pesado en otros elementos más ligeros, de forma que  en  esta  reacción  se  libera  gran  cantidad  de  energía.  A  pesar  de  ser  altamente  productiva (energéticamente hablando), es también muy difícil de controlar.  Las bombas están constituidas por los elementos uranio o plutonio, donde es afectado  el núcleo de estos elementos; un gramo de estos puede producir tanta energía nuclear  como la combustión de una tonelada de aceite.    Los cambios nucleares tienen aplicaciones tanto para el bienestar como para la guerra  y  la  destrucción.  La  energía  nuclear  debería  ser  reconocida  como  una  herramienta  para el progreso de la historia humana y no para su extinción.   

Práctica 8    Instrucciones:  resuelve  el  siguiente  ejercicio  clasificando  si  es  un  cambio  físico,  químico o nuclear.  Observa  el primero, ya se encuentra contestado como ejemplo. 

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  Proceso: 1.- Disolver azúcar en agua.

Tipo de cambio: Cambio Físico

2.- La combustión de la gasolina. 3.- El bombeo para extraer petróleo. 4.- Una carne asada. 5.- Hervir agua. 6.- La explosión de una carga de dinamita. 7.- La leche hierve. 8.- Fragmentar una vela. 9.- Un clavo se oxida. 10.- Radiaciones contra el cáncer. 11.- Zanahorias se rayan para una ensalada. 12.- Cortar una hoja de papel.

 

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3. El modelo atómico y sus aplicaciones  3.1. Describe las aportaciones al modelo atómico actual   Los  científicos  diseñan  modelos  o    representaciones  de  la  realidad  para  poder  comprender mejor los fenómenos de la naturaleza, en este caso el Átomo.     Desde la antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.    Unos  400  años  antes  de  Cristo,  el  filósofo  griego  Demócrito,  consideró  que  la  materia  estaba  constituida  por  pequeñísimas  partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas.     Por  ello,  llamó  a  estas  partículas  átomos,  que  en  griego  quiere  decir “indivisible”. Por lo que, Demócrito atribuyó a los átomos las    cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.    Sin embargo, las ideas  de  Demócrito  sobre  la  materia  no fueron aceptadas  por los   filósofos  de su  época y tuvo que  transcurrir cerca de 2,200 años para que la idea de  los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.    El  modelo  atómico  actual  no  es  producto  de  la  casualidad,  su  historia  está  llena  de  acontecimientos,  experimentos  y  teorías,  que  nos  han  llevado  a  explorar  el  espacio  exterior,  nos  proporciona  una  vida  más  cómoda  y  placentera,  al  igual  nos  permite  conocer  lo  más  íntimo  del  cuerpo  humano.  Empecemos  a  conocer  la  asombrosa  historia del átomo.     3.1.1. El modelo atómico de Dalton  El  desarrollo  de  la  química  tomó  un  nuevo  giro,  Antonio  Lavoisier  demostró  que  en  una reacción química la cantidad de materia es la misma  al comienzo y al final de la  reacción, enuncio la Ley de la conservación de la materia, que menciona: “La materia  no  se  crea  ni  se  destruye  sólo  se  transforma”  por  ello  es  el  padre  de  la  Química  Moderna.     Posteriormente Joseph Louis Proust (1754‐1826), propuso la Ley de las proporciones  definidas, la cual establece que “los   elementos se combinan para formar compuestos  y siempre lo hacen en proporciones definidas”.  Una  tercera  ley  fue  postulada  por  el  químico  y  físico  británico  John  Dalton,  donde  señala  que  los  elementos  se  pueden  combinar  en  más  de  uno  y  que  cada  conjunto  corresponde  a  un  compuesto  diferente,  a  esta  ley  se  le  conoce  como  Ley  de  las  proporciones múltiples.    En  1808  Dalton,  publicó  su  obra  titulada  “Un  nuevo  sistema  de  filosofía  Química”,  donde  establece  su  Teoría  atómica  a  partir  de  las  propiedades  físicas  del  aire  atmosférico.  Dalton  incluyó  en  ese  trabajo  la  masa  atómica  de  varios  elementos  y  compuestos  conocidos.  Aunque  sus  masas  no  eran  muy  precisas,  fue una  aportación  importante  en  la  clasificación  de  los  elementos,    además  que  proporcionaba  una  simbología para representar a los elementos y las moléculas. 

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Talller de Q Química II 

 

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  Dalton estableció los siguientes:

Pos stulados de la a teoría atóm mica:

1. Los eleme entos se componen de partícullas extremadamen nte pequeñass, llamadas áttomos que son in ndivisibles. 2. Los átomos de un mismo o elemento so on todos igualles entre sí en propiedades; p los átomos de elementtos diferentes tien nen propiedad des distintas entre sí . 3. Los átomoss de un ele emento no se s crean ni se destruyen en n una reaccción químicca, sino que simplemente se s reordenan n. 4. La formacción de co ompuestos resulta r de la combinación de d dos o máss átomos y sie empre lo haccen en proporcione es fijas de números entero os positivos.

 

El primer postullado de la teeoría atómiica de Dalto on, indica qu ue los átom mos son la baase  estru uctural de laa materia.    un átomo ess una partíccula sólida yy pequeña q que es indivvisible  Para el modelo de Dalton u y quee posee unaa masa.    Del ssegundo po ostulado pod demos men ncionar que e un elemen nto es la susstancia  máss  simp ple, químicamente  hab blando y se considera q que está forrmada por áátomos de u un  mism mo tipo     El  te ercer  postulado  cabe  señalar  que  en  una  reacción  r quím mica  se  pro oduce  un  arreglo  a y  distribución d   de  los  átom mos.  Dos  átomos  origin nalmente  ju untos  se  se eparan y  se un nen a otros. Muy similar a lo que  ocurre en  un baile  cuan ndo hay inteercambio dee parejas.  de  Dalton,  es  que  cuando  Y  el  cuarto  postulado  p mpuesto  co on  ayuda  de  una  repreesentamos  a  un  com fórm mula químicaa, lo que éssta nos indicca es la pro oporción  en  laa  que  se  en ncuentra  co ombinados  los  átomoss.  Dicha  prop porción  siempre  tend drá  que  darse  en  números  n enteros  ya  quee  los  átomos  son  ind divisibles  y  no  hay  posib bilidad de teener fraccio ones de átomos.       dó a explicaar el compo ortamiento  de la materria en diverrsas  situaciones.  Esta  teoría ayud bién  esta  teoría  t pressenta  algun nas  impreccisiones,  po orque  como o  veremos  más  Tamb adelaante, el áto omo sí se puede dividir  y sí existten elementtos iguales  pero con m masas  distin ntas. Dalton n no presen ntó una prop puesta claraa de la estru uctura del áátomo.     3.1.2 2. El modelo o atómico d de Thompso on  Para finales del siglo XIX la idea de quee la materiaa estaba  mada por áto omos, no eera tan extraaña. La com munidad  form cienttífica  inten ntaba  expliicar  la  naturaleza  de  unos  extraaños  rayos  que  emitíaa  un  dispossitivo  surgid do  en  la 

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épocca.    El  disspositivo  era  conocid do  como  tubo  de  Croo okes o tubo de rayos caatódicos.    Al reetirar el airee de su interior y aplicaar voltaje a las placas,  se podía observar que e una  de ellas (cátodo o) emitía rayyos luminosos con ciertas caracteerísticas, a  los que se d dio el  os catódicos. Estos rayyos tenían la propiedad d de compo ortarse com mo un  nombre de rayo d luz,  un  haz  de  parrtículas  y  además  a ser  desviados  por  campo os  magnéticos  y  haz  de  elécttricos.    ph John Tho ompson reaalizó una seerie de experimentos ccon estos rrayos y llegó ó a la  Josep concclusión  de  que  q estabaan  formado os  por  parttículas  carggadas  negativamente  y  los  llamó ó corpúsculos que actu ualmente so on llamamo os electronees.    Para  ese  enton nces,  ya  see  consideraaba  que  la  materia  debería  d serr  eléctricam mente  neutra.  Thompsson  supuso o  que  las  partículas  p negativas  n que  constitu uían  a  los  rayos  catód dicos  formaban  partee  del  átom mo  y  que  para  p garan ntizar  que  el  átomo  fuera  elécttricamente  neutro,  las  partículaas  negativas  debían  nadar  n en  un n  mar  de  carga  posittiva.  A  esttas  partícu ulas  negativvas  se  les  dio  posteeriormente  el  nombrre  de  electtrones.    Thom mpson  había  comp probado  laa  existencia  de  electtrones  y  prropuso  en  ese  e entoncees  una  explicación,  que  se  conoce  como  el  modelo  m del  “pudin  con n  pasas”   del  átomo,  do onde  imagginó  un  áttomo  con  cargas  negaativas  (elecctrones)  en n  este  caso o  pasas,  dispersas  entree  un  númeero  igual  dee  cargas  po ositivas  (pro otones),  eso lo hacía ser neutro.    mportancia  de este mo odelo radicaa en que evvidencia la  existencia d de una partícula  La im cargaada negativvamente, llaamada electrón, que fo orma partee del átomo o, convirtién ndose  así en la primerr partícula ssubatómicaa descubiertta; de este  modo se comprobó q que el  átom mo no es ind divisible com mo se creía..         ookes  dio  origen  a  otras  El  estudio  de  los  rayos  catódicos  en  el  tubo  de  Cro obseervaciones,  como la deel físico alem mán E. Gold dstein (1850‐1831) quien observó ó que  adem más  de  los  rayos  catódicos,  tamb bién  se  pro oducían  un  conjunto  d de  rayos  qu ue  se  dirigíían en direccción opuessta, a los que llamó rayyos canales..    Gold dstein  propuso  que    como  c la  maateria  tiene e  que  ser  eléctricame e ente  neutraa,  los  rayos  canales  deberían  estar  compuestos  po or  partículaas  de  cargga  positiva  que  repreesentan la ccontrapartee del electrón y que ahora conoccemos como o protones. Esta  prop puesta  no  tu uvo  peso  en  la  comun nidad  cientíífica  de  su  época  y  no o  fue  tomad da  en  cuen nta.      37  Universsidad CNCI dde México   

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Semana 1 y 2

 

Práctica 9    Instrucciones:  identifica  la  respuesta  correcta  y  contesta  las  siguientes  preguntas  acerca de las primeras contribuciones sobre la estructura del átomo.   1.‐  Describe  los  postulados  de  la  teoría  atómica  de  Dalton  y  señala  aquel  o  aquellos  que son erróneos.    2.‐ Consideras acertado el tercer postulado de la teoría de Dalton, de acuerdo a la Ley  de la conservación de la materia propuesta por Lavoisier. Justifica tu respuesta.      3.‐  ¿En  qué  se  basó  Thompson  para  desarrollar  su  modelo  atómico,  y  cuál  es  su  principal aportación?    • Señala las imprecisiones que tiene la teoría atómica de Dalton:      •  ¿Cómo imaginaba el átomo Thompson? 

    3.1.3. El modelo atómico de Rutherford    El  conocimiento  del  núcleo  del  átomo  comenzó  con  el  descubrimiento  de  la  radiactividad en 1985, con el hallazgo de los rayos X.    Poco  antes  de  iniciar  el  siglo  XX  Wilhelm  Roentgen  (1845‐1923)  físico  alemán,  se  encontraba  trabajando  con  diversas  sustancias,  usando  el  tubo  de  rayos  catódicos,  cuando descubrió una nueva clase de rayos.     Cubrió  el  tubo  con  cartón  y  obscureció  el  laboratorio  para  observar  mejor  la  nueva  clase de rayos; después observó que el cartón empezó a irradiar una luz muy intensa,  accidentalmente  interpuso  su  mano  en  el  tubo  sobre  el  cartón  y  pudo  ver  su  mano  reflejada en el cartón.     Roentgen, no tenía idea de la naturaleza de los rayos que acababa de descubrir y los  llamo  rayos  X,  los  cuales  tienen  la  capacidad    de  traspasar  el  papel,  la  madera  y  la  carne provocando la impresión de placas fotográficas.    La  radiactividad    es  un  fenómeno  físico  natural,  por  el  cual  algunos  cuerpos  o  elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad  de  impresionar  placas  fotográficas,  ionizar  gases,  producir  fluorescencia,  atravesar  cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc.    38  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

Los  avances  con  el  estudio  de  la  radiactividad  continuaron  con  Ernest  Rutherford  (1871‐1937)  quien  estudio  emisiones  radiactivas  y  logró  clasificarlas  en  alfa,  beta  y  gamma.     Rutherford  y  sus  colaboradores  Geiger  y  Mardsen,  realizaron  un  experimento  que  consistió en bombardear con partículas alfa una finísima laminilla de oro con el fin de  explorar  en  el  interior  del  átomo.  Para  esto  colocaron  una  laminilla  de  oro    y  una  pantalla de sulfuro de zinc, con la finalidad de  recoger los impactos de las partículas  alfa.    Las partículas alfa atravesaron la laminilla de oro,  pero  algunas  se  desviaron  en  la  trayectoria.  Esto  hizo  suponer  a  Rutherford  que  las  partículas  desviadas  habían  chocado  con  algo  muy  denso  y  que  ocupa  un  espacio  muy    pequeño  a  comparación con todo el tamaño del átomo.   Esta parte pequeña fue llamada Núcleo.  

        A partir de estos resultados Rutherford postuló lo siguiente:  • Casi  toda  la  masa  del  átomo  está  concentrada  en  el  núcleo  y  éste  es  muy  pequeño,  lo que señala que el átomo es en gran parte espacio vacío.  • Alrededor  del  núcleo  se  encuentran  cargas  eléctricas  negativas  con  una  masa  muy pequeña, pero que ocupan casi todo el volumen del átomo.  El modelo de Rutherford propone la existencia de dos cargas: los protones ubicados en  el  núcleo  del  átomo  y  que  concentran  toda  la  masa;  y  los  electrones  ubicados  alrededor del núcleo ocupando el mayor volumen del átomo.    3.1.4. Modelo atómico de James Chadwick  En  1932  el  físico  inglés  James  Chadwick  sugirió  que  la  radiación  estaba  formada  de  partículas. Para determinar su tamaño, bombardeó átomos de Boro con ellas y a partir  del  incremento  en  masa  del  nuevo  núcleo,  calculó  que  la  partícula  añadida  al  Boro  tenía una masa más o menos igual al protón.    Sin embargo, la partícula en sí no podía detectarse en una cámara de niebla de Wilson.    Chadwick decidió que la explicación debía ser que la partícula no poseía carga eléctrica  (una partícula sin carga no produce ionización y, por lo tanto, no condensa gotitas de  agua). Por ello, Chadwick llegó a la conclusión de que había emergido una partícula del  todo nueva, una partícula que tenía aproximadamente la misma masa del protón, pero  sin carga, o en otras palabras, era eléctricamente neutra.    

39  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

La  posibilidad  de  una  partícula  así  ya  había  sido  sugerida  y  se  propuso  un  nombre:  Neutrón.  Chadwick  aceptó  esa  denominación.  Los  neutrones  se  encuentran  en  el  núcleo junto con los protones.     Hasta ahora hemos estudiado las tres partículas elementales que forman el átomo y a  partir de aquí podemos definir las propiedades que las caracterizan.    3.1.5. Número atómico, número de masa y masa atómica  El número atómico es el número de protones que tiene un átomo en el núcleo y se  simboliza con una letra Z.    El  átomo  es  eléctricamente  neutro,  el  número  de  protones  es  igual  al  número  de  electrones. Para cada elemento su número atómico es único y determina la identidad  del elemento.    Por ejemplo:  Un átomo tiene 8 protones, nos estaríamos refiriendo al Oxígeno, pero si tiene 7  protones estamos hablando del Nitrógeno.                                                     Z=Número atómico= Número de protones  •  Todos los átomos de Hidrógeno tienen 1 protón: el número atómico del  Hidrógeno es 1.  •  Todos los átomos de Sodio tienen 11 protones; el número atómico es 11.  •  Todos los átomos de Aluminio tienen 13 protones; el número atómico es 13. 

  Número de masa o número másico  Los protones y los neutrones tienen prácticamente la misma masa: 1.007276 uma y  1.008665 uma, respectivamente. Esto equivale a decir, por ejemplo, que una persona  pesa 100.6 Kg y otra pesa 100.7 Kg, la diferencia es muy pequeña, que resulta  insignificante. Consideraremos la masa del protón y la del neutrón como de 1 uma.    Uma (unidad de masa atómica) es una medida que se creó con fines prácticos para  medir la masa del átomo.    Los  electrones  constituyen  una  fracción  extremadamente  pequeña  de  la  masa  de  un  átomo. Serían necesarios 1,837 electrones para tener una masa total equivalente a la  masa de un sólo protón. La masa del electrón es prácticamente de cero, de modo que  la masa del átomo es fundamentalmente la de sus protones y neutrones.  

  Partículas subatómicas 

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Semana  1 y 2

 

La su uma de prottones y neutrones de u un átomo  re ecibe el nom mbre de núm mero de maasa.                            N Número de m masa= Núm mero de protones + Núm mero de neeutrones    ón de los áttomos pued de tomar la siguiente fo orma, por eejemplo:   La reepresentació  

n de  protones  y  y electroness  es  el  mism mo  número o  en  un  áto omo  y  Puessto  que  el  número  está  representaando por la  Z, el único  que llega aa variar es eel número d de neutrones, el  cual se puede obtener resttando el núm mero atómiico menos eel número m másico.   Tomaando el ejemplo anterior tendríam mos:  75 33

 

  Revissemos algun nos más ejeemplos a co ontinuación:   238 92

U

uma

N de masa No.

Protones

92

1

92

Neutrones

146

1

146

Electrones

92

0 238 uma

207 82 Pb

uma

N de masa No.

Protones

82

1

82

Neutrones

125

1

146

Electrones

82

0 238 uma

 

Masaa atómica  La m masa atómica de un eleemento es la masa promedio de lo os átomos d de un elem mento,  en reelación con la masa del átomo de Carbono‐12 2 tomada co omo 12 uma exactame ente.   La m masa exacta  de un átom mo no es un n  número e entero, com mo sucede een el número de  masaa.  Por  ejem mplo  la  maasa  exacta  del  As  con n  42  neutrrones  es  dee  74.9216  uma,  ligeraamente inteerior a su número de m masa.  41  Universsidad CNCI dde México   

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  En realidad los isótopos que los veremos en la próxima sesión, son los responsables de  que la masa de los elementos químicos en la tabla periódica no sea un número entero,  ya que la masa que se presenta en la tabla es una resultante de promediar las masas  de los diferentes isótopos existentes de un mismo elemento.   

Práctica 10  Define los siguientes conceptos.    a) Número atómico     b) Número de masa   c) Masa atómica Resuelve los siguientes ejercicios relacionando las partículas  subatómicas, número de masa y número atómico.   Revisa el siguiente ejemplo. Átomo 31 15

P

60 27

Co

No. de protones

No. de electrones

No. de neutrones

No. atómico

Número de masa

15

15

16

15

31

197 Au 79 64 Cu 29

 

                                  42  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

Sesión 5  Los temas a revisar el día de hoy son:   3.1.6.  Isótopos y sus aplicaciones   3.1.7.  Modelo actual  y  los números cuánticos (n, l, m, s)   3.1.8.  Subniveles de energía y orbitales   3.1.9. Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas                  de orbitales.    3.1.6.  Isótopos y sus aplicaciones  Hay casos especiales en el que existen elementos con el mismo número atómico pero  diferente número de masa, a estos elementos se les llama Isótopos     La mayor parte de los elementos tienen varios isótopos.   Un  ejemplo  de  isótopo  es  el  Hidrógeno,  que  es  el  elemento  más  abundante  en  el  Universo  con  un  75%  aproximadamente.  El  Hidrógeno  posee  tres  isótopos  naturales  que se denotan como:  •  Protio (Hidrógeno ordinario), 1H  •  Deuterio, 2H  •  Tritio, 3H  

    Después  del  descubrimiento  de  la  radiactividad,  se  encontró  que  existían  elementos  con  propiedades  químicas  idénticas,  pero,  propiedades  radiactivas  diferentes,  por  lo  que fueron llamados radioisótopos.  Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son  múltiples y abarcan distintos campos  en la industria, medicina e investigación.    •   Industria  En  este  ámbito  se  realizan  sustancias  radiactivas  que  son  introducidas  en  un  determinado  proceso.  Después  se  detecta  la  trayectoria  de  la  sustancia  gracias  a  su  actividad  radiactiva.  También  se  han  elaborado  instrumentos  radioisotópicos  que  permiten realizar mediciones sin contacto físico directo.   

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Es  posible  obtener  imágenes  de  la  estructura  interna  de  algunas  piezas  utilizando  radiografías basadas en rayos gamma. Y así comprobar la calidad de piezas metálicas  fundidas, piezas cerámicas, análisis de humedad en material de construcción, etc.    • Medicina   Es  común  la  utilización  de  elementos  radiactivos  no  encapsulados,  normalmente  en  estado líquido, como trazadores para el estudio del corazón, hígado, glándula tiroides,  etc.   En  estas  actividades  se  generan  materiales  de  desecho  contaminados  con  los  elementos radiactivos empleados como son las jeringuillas, agujas, viales contenedores  de líquidos radiactivos, guantes, papel, tejidos y material médico diverso.     Por  medio  de  técnicas  nucleares  se  puede  combatir  ciertos  tipos  de  cáncer  en  la  terapia  médica,  el  radioisótopo  Yodo‐131  es  usado  en  exámenes  médicos  y  en  el  tratamiento del cáncer de la glándula tiroides.    • Investigación   En  el  ámbito  de  la  Biología,  la  introducción  de  compuestos  radiactivos  marcados,  ha  permitido  observar  actividades  biológicas  hasta  en  los  más  mínimos  detalles,  dando  impulso a los trabajos de carácter genético.     En  los  centros  de  investigación  nuclear  (laboratorios,  universidades,  reactores  de  enseñanza  e  investigación)  se  producen  a  su  vez  residuos  radiactivos  de  naturaleza  física y química muy variable, que requieren también una gestión segura y eficaz. Un  radioisótopo importante es el carbono‐14 que se emplea en la datación de fósiles.      3.1.7. Modelo atómico actual y los números cuánticos (n, l, m,s)    Fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.  Es  un  modelo  de  gran  complejidad  matemática,  tanta  que  usándolo  sólo  se  puede  resolver  con  exactitud  el  átomo  de  Hidrógeno.  Para  resolver  átomos  distintos  al  de  Hidrógeno se recurre a métodos aproximados.    El  modelo  atómico  actual  llamado  "modelo  orbital"  o  "cuántico  ‐  ondulatorio"  se  basa en:     • La  dualidad  onda‐partícula  de  luz:  Louis  de  Broglie  (1924)  postula  que  el  electrón  y  toda  partícula  material  en  movimiento  tienen  un  comportamiento  ondulatorio.   •  El  principio  de  incertidumbre  de  Heisenberg  (1927)  físico‐alemán,  establece:"Es  imposible  determinar  simultáneamente  y  con  exactitud,  la  posición  y  la  velocidad  del  electrón".  El  acto  de  observar  al  electrón  produce  una incertidumbre significativa en la posición  y el movimiento del electrón.      44  Universidad CNCI de México   

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Semana  1 y 2

 

La naaturaleza on ndulatoria d del electrón n permite q que éste seaa descrito p por una ecuación  de  ondas.  o Sch hrödinger  (1926)  forrmuló  una  ecuación  (ecuación  de  ondas  de  Schrö ödinger)  que  permitee  obtener  valores  qu ue  correspo onden  a  reegiones  de e  alta  prob babilidad  dee  encontrar  electronees    en  una  región  tridimensionaal  alrededo or  del  núcleeo llamada orbital atóm mica, dondee es probab ble ubicarloss.    Comparando el  movimientto de los orrbitales con n las  aspas  de  un  ventilador  preendido,  no  podremos  ver  la  forma  de  las  aspas  por  la  velocidaad  ni  donde e  se  uentran,  al  igual  lo  eleectrones  en n  la  órbitas  no  encu podeemos asegu urar exactam mente  la p posición donde  están n,  solamen nte  observaarías  las  nubes  n que  se  form man alrededor del núcleeo.     Aunq que con el m modelo de  la mecánicca cuántica  del  átom mo queda cllaro que no se puede ssaber dónde e se  encu uentra un electrón, si d define la región en la q que  pued de encontraarse en un m momento daado.   De  laa  época  de  Dalton  a  laa  de  Schröd dinger  nuesstro  modelo  del  átomo  ha  sufrrido  mucchas    modificaciones y la investiggación siguee en marchaa.    Núm meros cuánticos  Los n números cu uánticos nos indican laa posición y  la energía  del electrón. Cada electrón  dentro de un átomo puedee ser identifficado por cuatro númeeros cuánticcos que son n:  

Nú úmero cuá ántico prin ncipal “n” Nú úmeros cu uánticos

Nú úmero cuá ántico secundario o azimutal “l” “ Nú úmero cuá ántico mag gnético “m m” Nú úmero cuá ántico de giro g “s”

  mero  cuántiico  princip pal  n:  indicca  los  nive eles  Núm energéticos  principales.  Se  encuentrra  relacionaado  con  el  tamaño  de  las  órbitas.  En  la  medida  m que e  su  valorr aumenta,  el nivel ocupa un volu umen mayo or y  pued de  conteneer  más  electrones,  y  su  conten nido  energético  es  superior.  Puede  tomar  valo ores  enteros de   n = 1 1, 2, 3…              45  Universsidad CNCI dde México   

 

 

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Número  cuántico  secundario  o  azimutal  l:  determina  el  achatamiento  de  la  órbita,  entre  más  achatada  sea,  más  aplanado  será  el  elipse  que  recorre el electrón. Puede tomar valores de   l = 0, 1, 2, 3,…(n‐1)                  Número  cuántico  magnético  m:  indica  la  orientación espacial de las órbitas de los elipses. Su  valor  depende  del  número  de  elipses  existentes  y  varía desde ‐1 hasta l, pasando por el valor de 0, m  =2l+1. Las órbitas pueden tener 5 orientaciones en  el espacio.          Número  cuántico  de  giro  s:  cada  electrón  en  un  orbital, gira sobre sí mismo. El giro puede ser en el  mismo  sentido  que  el  de  su  movimiento  o  en  sentido  contrario  como  las  manecillas  del  reloj,  el  número  cuántico  es  spin  s,  que  puede  tener  dos  valores ½ y ‐1/2.     

 

 

 

Práctica 11    Instrucciones: identifica las respuestas correctas a las siguientes preguntas.   1.‐ Describe con tus palabras el principio de incertidumbre de Heisenberg:    2.‐ Completa la tabla con la información de los números cuánticos:  Número cuántico

Nombre del número cuántico

Qué describe

n

Número cuántico principal

El tamaño de las órbitas.

Representa su forma

l m s

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3.1.8 8. Subnivele es de energgía y orbitales  Gracias  a  la  mecánica  m cu uántica  y  la  ecuación  del  científico  Schrödinger  no os  ha  mitido comp prender máss la estructu ura electrón nica de los áátomos.   perm De acuerdo a laa mecánica  cuántica, ccada nivel d de energía d del átomo ttiene uno o o más  subn niveles.   El prrimer nivel  de energía  tiene un só ólo  subnive el; el segun ndo tiene do os subniveles; el  terceer  nivel  tien ne  tres  sub bniveles  y  así  a sucesivaamente,  en  otras  palaabras  el  nivvel  de  energía “n” tien ne “n” subn niveles. Cada subnivel ttiene uno o o más orbitales, que es una  regió ón  en  el  esspacio  del  átomo  á en  forma  f tridim mensional  específica.  Los  orbitales  se  desiggnan mediante  letras m minúsculas y son: “s”, “p”, “d” y ““f”.     • Orbital  “s”. O . La forma d de este orb bital es esférica  y y su tamaño o aumenta  su número o cuántico n n. El  o orbital s tien ne un máxim mo de 2e‐. Estos orbitaales  se designan  como 1s, 2 2s, 3s. El orb bital 3s es m más  g grande que  el orbital 1ss.    • Orbital  O   “p”.  Tienen  la  l forma  de  d dos  lóbu ulos  u ubicados  en n  lados  opu uestos  al  nú úcleo  y  con  un  n nodo.  Hay  3  3 tipos  de  orbitales  o “p p”  que  difie eren  e la  orien en  ntación.  Los  3  orbitales  p  pued den  a alojar 6e‐ co omo máximo.   •

Orbital  “d”. O ”. Presentan n la forma d de lóbulos p pero con  u distribu una  ución  más  compleja.  Existen  5  tipos  t de  o orbitales  d.  Un  conjunto  de  cinco o  orbitales,  tiene  5  p pares de ele ectrones en un total mááximo de 10 0 e‐.    

•

Orbital    “f””.    Es  la  fo O orma  más  compleja  c que  q   los  o orbitales  d Tiene  un  aspecto  multilobu d.  ular    y  p presenta  un n  conjunto  de  siete  orbitales,  o caapaz  de  c contener sie ete pares dee electronees en total h hasta un  m máximo de 1 14 e‐.  

 

Tablaa  que  resu ume  la  info ormación  fu undamental  acerca  dee  los  nivelees  de  enerrgía,  subn niveles, orbitales atómiicos  y la disstribución d de los electrrones. 

  47  Universsidad CNCI dde México   

 

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3.1.9.  Reglas para elaborar configuraciones electrónicas y diagramas de                             orbitales     La forma en que están distribuidos  los electrones en un átomo entre los diferentes  orbitales se denomina, configuración electrónica.    Con  la  configuración  electrónica  se  pretende  predecir  la  distribución  de  los  electrones  en  un  átomo  simple  o  con  muchos  electrones  y  para  esto  tenemos  que  considerar tres reglas o principios:  •  Principio  de  exclusión  de  Pauli.  Menciona  que  cada  orbital  puede  tener  como máximo dos  electrones, pero si los electrones tienen espines opuestos.    • Principio  de  Aufbau.  El  cual  indica  que  si  un  átomo  es  polielectrónico,  los  distintos electrones van ocupando los orbitales en orden creciente de energía,  es  decir,  primero  ocupan  los  de  menor    energía  y    así  sucesivamente.  Dicho  orden es el siguiente.  

  Regla de Hund. Establece los electrones cuyo giro es igual. Deben ocupar todos los  orbitales que tienen igual energía, antes de que electrones que tengan giros opuestos  puedan  ocupar  los  mismos  orbitales.  Se  representan  con  un  par  de  flechas  en  sentidos opuestos, en un diagrama de orbitales, que a continuación se presenta.                     

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Semana 1 y 2

 

Para  construir  una  configuración  electrónica  hay  que  seguir  los  siguientes  sencillos  pasos:    1.‐ Conocer el número de electrones que hay que acomodar.  Para cada elemento tenemos asociado un número atómico que representa al número  de  protones.  Como  el  átomo  es  neutro,  el  número  de  protones  deberá  ser  igual  al  número de electrones. De esta forma, si sabemos el número atómico del elemento   podemos conocer el número de electrones que hay que acomodar.    2.‐  Aplicar  el  principio  de  Aufbau,  esto  significa  seguir  el  orden  de  llenado,  establecido por el principio de exclusión de Pauli.    3.‐ Tomar en cuenta la regla de Hund.    O

                                                                    O  

  De  acuerdo  con  las  reglas  anteriores,  las  configuraciones  electrónicas  se  pueden  representar conociendo el número atómico y distribuyendo los electrones, vamos a  ilustrar  la  configuración  electrónica  del  átomo  más  simple:  el  Hidrógeno,  que  tiene  número atómico de 1 y por lo tanto tiene 1 electrón.                                                        

1

H

    El orden de llenado de los subniveles de energía de los átomos va en orden creciente  y  la configuración electrónica se leería de la siguiente manera:  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

 

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Semana 1 y 2

  s

s

p

Las configuraciones electrónicas  y los diagramas de orbitales permiten especificar la  distribución  de  los  electrones  en  los  subniveles  de  los  átomos  y  así  nos    permiten  saber la posición de los elementos en la tabla periódica.   

 

Práctica 12    Instrucciones:  con  base  en  tus  conocimientos  adquiridos  en  la  sesión  identifica  y  contesta lo que se te pide.  1.‐ Explica el principio de exclusión de Pauli:    2.‐ ¿Cuál es el número máximo de electrones que se pueden acomodar en cada uno  de los siguientes subniveles de  energía?    a) 2s _______                             b)   5f _______            c) 4f ______  d) 4p _______                             e)   3d ______             f) 7s ______    3.‐ Arregla los siguientes subniveles en orden creciente de energía:     3p, 3d, 4s, 3s, 2p, 4p    4.‐  Debes  consultar  la  tabla  periódica  y  la  sesión  previa  para  encontrar  el  número  atómico  que  representa  la  cantidad  de  protones  y  electrones,  y  escribir  la  configuración  electrónica  de  los  siguientes  elementos. Elemento Magnesio

Número atómico 12

Configuración electrónica 1s2, 2s2, 2p6, 3s2

Cloro Arsénico Kriptón Plata Plomo

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Semana  1 y 2

 

Sesión 6  Los ttemas a revvisar el día d de hoy son::  4 Anteced 4. dentes histó óricos de la clasificació ón de  los ellementos    4.1. Nociones de N e grupo, periodo y bloq que, aplicad das a los elementos      q químicos en n la tabla pe eriódica acttual    4. An ntecedentes históricoss de la clasifficación de  los elemen ntos  El  se er  humano o  se  caractteriza  por  la  constante  exploración  de  un n  orden  en n  la  naturaleza  y  claasificar  tod do  aquello  que  consid dera  de  imp portancia.  LLos  seres  vivos  tenemos  un  sistema  de  clasificació ón,  los  Cinco  Reinos  y  actualm mente  los  Tres  T Dom minios.     p deel  siglo  XIX X    se  conoccían  unos  55  5 elementtos  con  pro opiedades  que  A    principios  parecían diferen ntes  y sin u un orden.     Vario os  químico os  intentarron  organizarlos  de  maneera  sistemáática  y  fue  así  como  empezaron  e a  su urgir  las  primeras  p clasificacionees  de  los  elem mentos.     En laa tabla perió ódica que p prevalece en n nuestros  días  aparecen lo os elemento os en una aagrupación  ordenada  según n  sus  caraccterísticas  químicas  q y  físicaas.     Johann Döbereiiner (1780‐1849)     das de Döbe ereiner  Triad Uno  de los prim meros intenttos para aggrupar los elementos d de propiedaades análogas y  n  los  pesoss  atómicos  se  debe  al  a químico  alemán  a Joh hann  Wolfggang  relaccionarlo  con Döbeereiner (178 80‐1849)  quien  en  1817  puso  de e  manifiesto o  el  notablee  parecido  que  existía entre lass propiedad des de ciertos grupos d de tres elem mentos, con n una variacción  mero al últim mo.  gradual del prim   ñaló la existtencia de ottros gruposs de tres eleementos en n los  Posteeriormente (1827) señ que  se  daba  la  misma  relaación  (cloro o,  bromo  y  yodo;  azuffre,  selenio  y  telurio;  litio,  sodio o y potasio)).    mentos se lles denomin nó Triadas y hacia 185 50 ya se hab bían  A esttos grupos  de tres elem enco ontrado  unaas  20,  lo  que  q indicab ba  una  cierrta  regularidad  entre  los  elemen ntos  quím micos.   

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Semana  1 y 2

 

Döbeereiner inteentó relacionar las prop piedades qu uímicas de  estos elementos (y de e sus  comp puestos) co on los pesoss atómicos, observando o una gran aanalogía en ntre ellos, y una  variaación graduaal del primeero al último o.    Triad das Döbereiner   En su u clasificación de las trriadas (agru upación de  tres  elementoss)  Döberein ner  explicab ba  que  el  peso o  atómico  promedio  de  d los  pessos  de  los  elem mentos  extremos,  ess  parecido  al  peso  atóm mico del elem mento de een medio.     Por eejemplo, paara la triadaa Cloro, Bro omo, Yodo  los p pesos atómiicos son resspectivamente 36, 80  y  127 7;  si  sumam mos  36  +  127  y  dividim mos  entre  dos,  obtenemos  81,  que  es  e aproximadamente  y si  le  dam mos  un  visttazo  a  nueestra  tabla  80  y  perió ódica  el  ellemento  co on  el  peso o  atómico  aproximado a 8 80 es el bro omo lo cual hace que  conccuerde  un  aparente  ordenam miento  de  triadas.     John n Newlands (1838‐1898 8)   Ley d de las octavvas de Newlands   En 18 864, el quím mico inglés John Alexander Reina Newlands ccomunicó aal Royal College  of  Chemistry  C (Real  Coleggio  de  Quím mica)  su  observación o n  de  que  aal  ordenar  los  elem mentos en o orden crecieente de sus  pesos atóm micos (prescindiendo d del hidrógeno),  el occtavo elemeento a partirr de cualquier otro ten nía unas pro opiedades m muy similare es al  primero.     En essa época, lo os llamados gases nobles no habíaan sido aún descubierto os.     Esta  ley mostraba una cierrta ordenacción de los  elementos en familiass (grupos),  con  prop piedades  mu uy  parecidaas  entre  sí  y  en  Perio odos,  formaados  por  occho  elemen ntos  cuyas propiedad des iban varriando proggresivamentte.   

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Semana 1 y 2

 

   

  El  nombre  de  octavas  se  basa  en  la  intención  de  Newlands  de  relacionar  estas  propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su  descubrimiento el nombre de Ley de las octavas.    Como  a  partir  del  calcio  dejaba  de  cumplirse  esta  regla,  esta  ordenación  no  fue  apreciada por la comunidad científica que la menospreció y ridiculizó, hasta que 23  años más tarde fue reconocida por la Royal Society,  que concedió a Newlands su más  alta condecoración.    Lothar Meyer  (1830‐1895)   Realizó  una  de  las  mejores  clasificaciones,  donde  pone  en  evidencia  una  cierta  periodicidad  en  el  volumen  atómico  en  relación  con  sus  masas  atómicas.    Meyer  logra clasificar 56 elementos.    Dimitri Mendeleiev (1834‐1907)   Presenta su primera versión de la Tabla periódica en 1869 que contenía 63 elementos  y  similar a la tabla periódica moderna. Señaló que las propiedades físicas y químicas  de los elementos varían periódicamente al aumentar la masa atómica. Esto se conoce  como la Ley periódica.    Por  lo  tanto  los  elementos  de  la  tabla  de  Mendeleiev  estaban  ordenados  por  masa  atómica.  Otro  criterio  de  Mendeleiev  fue  que  tomó  en  cuenta  una  propiedad  llamada  valencia,  que  es  la  capacidad  que  tienen  los  átomos  para  formar  compuestos.     La tabla periódica de Mendeleiev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En  las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las  "tierras  raras"  y  los  elementos  radiactivos.  Otro  problema  adicional  eran  las  irregularidades  que  existían  para  compaginar  el  criterio  de  ordenación  por  masa  atómica creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes.  53  Universidad CNCI de México   

 

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Semana 1 y 2

 

    Henry Moseley  (1887‐1913)     En 1913, hizo experimentos con algunos metales en el tubo de rayos catódicos y al  ordenar  los  datos  observó  las  longitudes  de  onda  de  los  rayos  emitidos  por  un  elemento dado, así  pudo determinar el número atómico.    Mosely estableció el concepto de número atómico, el cual relacionaba el número de  cargas positivas del núcleo del átomo que coincide con el número de electrones en  los niveles de energía.    También  ordenó  los  elementos  de  la  tabla  periódica  de  Mendeleiev,  y    demuestra  que  las  propiedades    de  los  elementos  están  en  función  periódica  de  sus  números  atómicos.     Aunque se reconoce a Mendeleiev como el descubridor de la tabla periódica, Meyer  había  ideado  de  forma  individual  su  tabla  periódica,  pero  su  trabajo  no  se  publicó  hasta  1870,  un  año  después  de    Mendeleiev,  quien  ya  había  logrado  predecir  las  propiedades químicas  de elementos por descubrir.   

  Como  puedes  observar,  los  científicos  intentaron  buscar  un  orden  y  clasificar  a  los  elementos  de  acuerdo  a  sus  características  físicas,  químicas  y  número  atómico;  tú  también puedes clasificar los objetos dependiendo del tipo de material del cual están  hechos, color, brillo, masa, etc.      54  Universidad CNCI de México   

 

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Prácctica 13    Instrrucciones:  con  c base  en n  el  conocimiento  adq quirido  en  la  l sesión  13 3,  completaa  de  form ma individual el siguientte cuadro de antecedentes de la ttabla periód dica.  

  ¿Quéé  informaciión  se  pued de  obtenerr  de  la  tabla  periódicaa?  ¿Cuál  ess  la  utilidad d  de  cono ocer esta infformación?           4.1.   Nociones  de grupo, p periodo y b bloque, aplicadas a lo os elemento os químicoss en    la tabla periódicca actual  La taabla periódica ha experrimentado m muchos cam mbios para incluir elem mentos nuevos,  valorres más exaactos y diferrentes form mas de rotulaar los grupo os de elemeentos.     En  la  actuaalidad,  loss  elementos  están n  orden de:  organizados en la tabla perriódica en o •  Número o  atómico,  número  de  d la  masaa  atómica creciente.  os.  •  Periodo •  Grupos o Familias.         Bloque  “f”.  Son n  los  elemeentos  que  se  encuenttran  en  la  parte  inferior  de  la  taabla  perió ódica,  se  llaman  elem mentos  de e  transición n  interna  y  muchos  de  ellos  son  obtenidos de manera artificial. Aquí see encuentraan los lantánidos y actíínidos.     

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Elem entos esentativos Repre

Elementos de ansición tra

Elementos ativos representa

Elementos de d transición in nterna

  Veam mos  alguno os  ejemploss  para  iden ntificar  a  lo os  elementtos  de  acueerdo  al  gru upo,  perio odo y bloqu ue, en que  se encuenttran, de acu uerdo con lla tabla perriódica.  Re evisa  tamb bién los sigu uientes  elementos (en n la tabla se encierra caada uno de eellos):     oro:  1. Clo Grup po: VIIA  Perio odo: 3  Bloque: p  el CI se encuenttra en los  mentos reprresentativo os.   elem 2. Caalcio:  Grup po: IIA  Perio odo: 4  Bloque: s  Ca  eestá dentro de los elem mentos  repre esentativoss.  3. Orro:  Grup po: IB  Perio odo: 6  Bloque: d  Au see encuentraa en los  elem mentos de trransición.   

Prácctica 14    Instrrucciones:  contesta  c   lo o  que  se  te  pide,  de  acuerdo  a  laa sesión  preevia  y  utilizza  la  tablaa periódica, para un meejor desemp peño.  1. Lo os metales  alcalinos esstán en la m misma familia en la taabla periódiica, ¿cuál es su  nú úmero de grupo y cuán ntos electro ones de vale encia tiene ccada uno?     2.‐ Lo os halógeno os están en la misma ffamilia en laa tabla periódica, ¿cuáál es su núm mero  de grrupo y  cuán ntos electro ones de valeencia tiene cada uno?  56  Universsidad CNCI dde México   

 

 

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3.‐   Escribe la configuración electrónica para el elemento que se localiza en:  a) Grupo III A y periodo 4  b) Grupo VII A y periodo 3    4.‐ Indica el número de grupo y el número de electrones de valencia de los siguientes  elementos.  Ejemplo: carbono gpo. IV, 4 e‐ de valencia.    Magnesio  Flúor   Potasio   Nitrógeno                                                                           57  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

Sesión 7  Los temas a revisar el día de hoy son:  4.2.

Propiedades periódicas (electronegatividad,  energía de ionización,    afinidad electrónica, radio y  volumen  atómico)  y su variación en la  tabla periódica    4.3. Caracteriza la unidad e importancia de los metales  y no metales para                  la  vida socioeconómica del país  4.3.1. Importancia de los minerales en México      4.2.  Propiedades  periódicas  (electronegatividad,    energía  de  ionización,  afinidad  electrónica, radio y  volumen  atómico)  y su variación en la tabla periódica    Actualmente muchas empresas, negocios y casas utilizan purificadores de aire, debido  a que la atmósfera presenta un alto grado de  contaminación, así como iones negativos  y positivos.  Te preguntarás ¿qué son los iones negativos y positivos?, pues  los verás a detalle más   adelante en el avance de la sesión.  El aire tiene una carga excesiva de  iones positivos  con efectos perturbadores  que afectan la salud  y el estado anímico de las personas.   Los iones positivos provocan un aumento en la producción de serotonina que es una  hormona  que  segregamos  en  el  cerebro  y  causa  hiperactividad    y  por  consecuencia   agotamiento, ansiedad y depresión.  Y  por el contrario los iones negativos son producto de la  naturaleza, lo cual, tiene un  efecto  “positivo”  para  la  salud,  ya  que  adquieren  importantes  propiedades  terapéuticas.  Por  ejemplo,  es  recomendable  pasear  cerca  de  montañas  o  donde  existan plantas, ríos o lagunas, así como aspirar brisa marina, esto produce bienestar  inmediato en cualquier ser vivo.   Los iones negativos despejan la mente, levantan el ánimo  y producen una sensación  de alivio y bienestar, tienen efectos tranquilizadores  y una reducción  de serotonina.  Esta sensación de acuerdo a investigaciones científicas,  es la que se producirá cuando  un aparato purificador limpie el aire de nuestro espacio, ya sea casa u oficina.   Las propiedades periódicas son características de los elementos químicos, varían en  forma similar a lo largo de los periodos o los grupos, y las tendencias observadas se  repiten periodo tras periodo o grupos tras grupos.   Hay un gran número de propiedades periódicas. Entre las más importantes destacaríamos: • Tamaño atómico: Los electrones carga negativa son atraídos hacia el núcleo del átomo donde se encuentran los protones carga positiva. Los electrones se repelen entre sí, por que poseen cargas negativas iguales. • Radio atómico: distribución de los electrones en los orbitales del átomo. • Energía de ionización: energía necesaria para arrancarle un electrón. • Electronegatividad: mide la tendencia para atraer electrones. • Afinidad electrónica: energía liberada al captar un electrón.

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La  configuración  electrónica  de  valencia  explica  por  qué  los  grupos  de  la  tabla  periódica definen a  familias con propiedades similares. Debido a que los electrones de  valencia determinan el comportamiento químico de un elemento, y los grupos tienen  configuraciones electrónicas de valencia parecidas, entonces los elementos dentro de  un mismo grupo presentarán un comportamiento químico similar.  A  continuación  veremos  algunas  propiedades  que  presentan  un  comportamiento  periódico.  •

 Tamaño atómico 

Los electrones poseen carga negativa, por tal motivo, son atraídos hacia el núcleo del  átomo  donde  se  encuentran  los  protones  con  carga  positiva.  Además,  los  electrones  también repelen entre sí debido a que todos poseen cargas negativas iguales.  Al  aumentar  el  número  atómico,  aumenta  también  la  cantidad  de  protones  en  el  núcleo  y  con  ello  la  carga  nuclear,  pues,  conforme  crece  esta  carga  nuclear,  los  electrones  son  atraídos  hacia  el  núcleo  con  mayor  fuerza.  Sin  embargo,  entre  más  lejano esté un electrón del núcleo, menos será la atracción que experimentará debido  a éste.   Se debe considerar que de acuerdo a la configuración electrónica de un átomo, existen  electrones en varios niveles de energía, por lo que aquellos electrones con capas más  internas repelerán a aquellos que se encuentran en las capas más externas haciendo  que la atracción que sientan por parte del núcleo sea menor.   A  este  efecto  de  protección  que  ejercen  los  electrones  de  las  capas  internas  se  le  conoce como efecto pantalla. El efecto pantalla permite que la atracción nuclear sobre  los  electrones  de  las  capas  más  externas  sea  menor  al  que  se  esperaría  de  no  haber  repulsión entre electrones.   Por tal motivo, se define a la carga nuclear efectiva como la atracción que ejerce el  núcleo sobre los electrones de las capas externas, considerando el efecto de pantalla  que ejercen los electrones de las capas internas. La carga nuclear real es la atracción  que ejerce el núcleo sobre los electrones externos sin considerar el efecto pantalla.  De acuerdo a lo anterior, observamos que al recorrer la tabla periódica de arriba hacia  abajo  a  lo    largo  de  un  grupo,  se  incrementa  el  nivel  de  energía  principal  (número  cuántico n) y con ello aumenta la distancia entre los electrones y el núcleo; por lo que  el tamaño del átomo debe aumentar.   Si  recorremos  la  tabla  periódica  a  lo  largo  de  un  periodo  de  izquierda  a  derecha,  el  nivel de energía principal no cambia, sin embargo, aumenta la cantidad de protones en  el núcleo, por tanto, la atracción hacia los electrones también aumenta haciendo que  el tamaño del átomo disminuya.   

 

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•

Radio aatómico 

No  es  e tan  fácil  de  medir,  tomando  t en  cuenta  el  radio  de  un  átomo  aislaado,  puesto o  que  su  nubee de electro ones, se exttiende en el espacio   y  vaaría  según n  los  facttores  amb bientales.  Cuan ndo  los  átomos  á see  unen  fo ormando  molééculas  com mo  Cl2,  es  posible  medir  m la  distaancia  entre  dos  núcleos,  por  lo  tanto  el  radio o atómico ees la distanccia entre loss centros  de  lo os  átomos.  En  la  tablaa  periódica  el  radio  aumeenta hacia aabajo en un n grupo y disminuye  a lo largo de un periodo.  •

ón  Energía de ionizació

Es  laa  energía  necesaria    para  p arranccar  electron nes  a  un  áttomo.  Y  cu uando  un  átomo  pierd de un electrrón se dice que se ion niza y se convierte en  un ion positivo o Catiión. Y  cuan ndo gana un n electrón see convierte en ion negativo o Anión.   Existten  distintaas  energíass  de  ionizaación,  depe ende  de  la  especie  q que  se  tratte.  La  primera energíaa de ionizacción es la eenergía nece esaria para  separar el  primer electrón  de  un  átomo  neutro.  La  segunda  eneergía  de  ionización,  ess  la  energíaa  necesaria  para  separar el segun ndo electrón de un áto omo y así su ucesivamente hasta “n” electrones que  tenga el átomo.   Entree  mayor  seea  el  valor  de  d la  energgía  de  ionizzación,  máss  difícil  seráá    separar  a  ese  electtrón.  Los  átomos  á con n  valores  bajos  b de  en nergía  de  ionización,  pueden  perder  electtrones para formar iones cargadoss positivamente (cationes) con faccilidad.    La en nergía de io onización en n un periodo aumenta al hacerlo eel número aatómico, y e en un  grupo  disminuyye  conform me  aumentaa  el  número  atómico  debido  a  q que  aumen nta  la  ones  y  el  núcleo;  n porr  lo  que  lo os  electrones  al  estarr  más  distaancia  entre  los  electro alejados del núccleo son fácilmente seeparables. P Por ejemplo o el Cl tienee menor en nergía  onización qu ue el F.   de io •

Afinidad d electrónicca  

Es la energía qu ue se absorrbe o se libera cuando o un  átom mo  acepta  un  electró ón  y  se  convierte  en  un  anión  o  ion  ne egativo.  Essta  energía  tiene  valo ores  posittivos,  cuand do  la  energgía  es  absorbida,    y  tiene  valorres  negativos  cuan ndo  es  liberada.  Para  P elem mentos  de  un  mism mo  periodo o  la  afinid dad  electtrónica depende de la carga nucleear. La afinid dad  electtrónica  aum menta  en  un  periodo,  conforrme  3 aumeenta  el  núm mero  atómico.    Por  ejemplo  e el  35 Br  19 tienee mayor afin nidad que eel  K.     60  Universsidad CNCI dde México   

 

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Semana 1 y 2

 

•

Electronegatividad 

Es la capacidad que tienen los átomos para atraer electrones cuando forman un enlace  covalente  en  una  molécula,  posteriormente  veremos  los  tipos  de  enlaces.  La  electronegatividad  no  es  estrictamente  una  propiedad  atómica,  pues  se  refiere  a  un  átomo dentro de una molécula   y por lo tanto, puede variar ligeramente cuando varía  el  "entorno"  de  un  mismo  átomo  en  distintos  enlaces  de  distintas  moléculas.  Louis  Pauling ideó una escala numérica de electronegatividad, donde el más electronegativo  es el flúor, seguido del oxígeno.  La  propiedad  equivalente  de  la  electronegatividad  para  un  átomo  aislado  sería  la  afinidad electrónica.  En un periodo de elementos, la electronegatividad aumenta con  el  número  atómico  y  dentro  de  un  grupo  la  electronegatividad  disminuye  a  medida  que  el  número  atómico  aumenta.  Los  no  metales  tienen  electronegatividades  más  altas, es decir, más capacidad de atraer electrones.  

Electronegatividad aumenta D i s m i n u y e Por ejemplo: El elemento Flúor es más electronegativo que el Carbono (C), el ´  flúor (F), tiene una tendencia mayor a atraer electrones. Así como el oxigeno ´  electronegativo que el boro (B)y el litio (Li) (O) es mas

 

Práctica 15  Instrucciones: atendiendo a las propiedades periódicas de los elementos y con ayuda  de la tabla contesta las siguientes preguntas, es necesario también que cuentes con la  tabla de electronegatividad.   1. a)   ¿Qué elemento tiene mayor Radio Atómico?                        ¿C     o     Fe?                             b)   ¿Qué elemento presenta mayor energía de Ionización?     ¿N     o     K?                                         c)   ¿Qué elemento presenta menor electronegatividad?           ¿Se    o    Zn?                             d)   ¿Qué elemento presenta menor Afinidad Electrónica?       ¿Cr     o    W?                                 61  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

2.  ¿Cuál elemento de cada par puede predecirse que tenga mayor radio atómico?  a) b) c) d)

 Ca y Mg    Na y Al    Li y Fr    As y Se  

    4.3.  Caracteriza  la  unidad  e  importancia  de  los  metales  y  no  metales  para  la  vida  socioeconómica del país  Los elementos químicos también se clasifican en clases como los metales, no metales  y  metaloides  o  semimetales,  a  partir  de  sus  propiedades  físicas  y  químicas.  A  continuación te presentamos las características de cada clase.  

Características de los metales

• Todos son sólidos excepto el Hg. • Son buenos conductores de calor y electricidad. Ejemplo: la Ag, Au, Hg, Cu y Al. •Tienen superficies brillantes. • Son maleables, que se pueden martillar o laminar. Ejemplo: Fe, Au, Sn, Pb. • Son dúctiles, muchos se pueden estirar para formar alambres. Ejemplo: Al, Cu, Fe. • No tienden a combinarse químicamente unos con otros, pero si reaccionan con los no metales para formar compuestos, ejemplo NaCl.

 

No metales

• Pueden ser sólidos, líquidos o gases. • Son malos conductores de calor y electricidad. Ejemplo: S, Se, I • Tienen superficies opacas, como el carbón, azufre y fósforo. • Son frágiles y se desmoronan al golpearlos, S, C, P. • No dúctiles. • No tienen dureza, excepto el diamante. • Se combinan unos con otros para formar compuestos como CO2, SO2, metano CH4. El flúor es el no metal ´  reactivo. mas

Metaloides

 

        62  Universidad CNCI de México   

• Se encuentran en la parte intermedia de la tabla periódica. • Tienen propiedades intermedias, son semiconductores eléctricos. • El silicio es el metaloide más abundante y el cuarto elemento más abundante en la tierra, forma parte del suelo, la arcilla, ágata, amatista y la arena en combinación con otros elementos.

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Semana  1 y 2

 

Los eelementos sse clasifican n en metales, no metales y metaaloides, com mo se mue estra  en laa tabla perió ódica.    4.3.1 1. Importan ncia de los m minerales en México  Los m minerales son sólidos n naturales dee origen ino orgánico. Exxiste una grran variedad d de  mineerales que sse acumulan en yacimientos en e el subsuelo,,  al aire lib bre o a gran ndes  profu undidades een el mar.   Los m minerales see clasifican en:  •  Metálicos  •  No metálicos  •  Mineralloides  Los  mineraloides  se  diferrencian    dee  los  metáálicos  porqu ue  presenttan  una  forma  cristaalina definida, como laa calcita y  e el cuarzo.  Denttro  de  los  metálicos  m p podemos  en nunciar  los  metales  prreciosos  como  el  oro  y  la  plataa; los metalles no ferro osos como eel cobre, zin nc  y plomo o; los metales siderúrggicos  como o el hierro yy sus aleacio ones.  En lo os no metálicos podem mos citar al ccarbón, ámbar y petró óleo.      Los m minerales tiienen gran  importancia por sus m múltiples ap plicaciones  en los diversos  camp pos de la acctividad hum mana.     La  in ndustria  mo oderna  dep pende  directa  o  indirectamente  de  d los  mineerales;  se  usan  u para  fabricar múltiples pro oductos, desde herram mientas y orrdenadores  hasta edificios  rascaacielos.     En el territorio  nacional see encuentraan yacimien ntos de min nerales quee son extraíídos  para ser sometidos a proce esos industrriales empleando maq quinaria, com mbustibles que  geneeran  energía    y  equipos.  Es  un  proceso  p con  la  finalid dad  de  obteener  todoss  los  elem mentos que se conocen n en la naturaleza, conttribuyendo al desarrollo tecnológgico,  econ nómico y so ocial de la nación.   63  Universsidad CNCI dde México   

 

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Uno de los elementos más importantes de la industria metalúrgica es el hierro,  pues  es  la  base  de  la  fabricación  de  maquinaria,  vías  férreas,  puentes,  barcos  y  otros  productos.  México  es  un  país  escaso  en  este  mineral,  sus  reservas  ahora  conocidas  son  1,  100  millones  de  toneladas,  representando  un  0.5%    de  las  reservas  mundiales. Uno de los estados con mayor producción de hierro es Coahuila.    El    desarrollo  de  mayores  recursos  minerales  ha  contribuido  a  la  industria  de  la  construcción  con    nuevos  materiales  como  yeso,  arcilla,  cemento,  adhesivos,  concretos, ladrillos y material aislante, entre otros.     Por otro lado, existe un grupo de minerales como el zinc, plomo, cobre, aluminio y  níquel  que  participan  activamente  en  la  industria  eléctrica,  en  la  construcción  de  buques, aviones y maquinaria.    Cabe  destacar,  que  en  la  agricultura  se  desarrollan  fertilizantes  de  origen  mineral  como  potásicos  y  la  fosforita  que  también  se  emplea  en  la  elaboración  de  detergentes, explosivos y cerámica.  Una gran cantidad de industrias se basan en la  producción de sustancias minerales.     México  se  ubica  entre  los  primeros  diez  lugares  de  la  producción  de  minerales  no  metálicos  a  nivel  mundial,  donde  uno  de  los  representantes  en  producción    es  el  azufre.    Los  minerales  no  metálicos  son  empleados  para  producir  medicinas,  impermeabilizantes,  jabones,  reactivos,  pinturas,  hules  y  cosméticos,  entre  muchos  otros.    El petróleo y gas natural  La  mayor  parte  de  la  energía  empleada  actualmente  en  el  mundo  proviene  de  los  combustibles  fósiles.  Se  utilizan  en  transporte,  para  generar  electricidad,  para  calentar  ambientes,  para  cocinar,  etc.  Estos  son  compuestos  a  base  de  carbono  e  hidrógeno, que son dos no metales.      El  petróleo  y  el  gas  natural  son  los  recursos  de  mayor  significación  dentro  de  la  industria  minera  en  México  y  constituyen  también  un  factor  decisivo  en  el  crecimiento de la economía nacional debido a su significativo aporte de divisas, a su  cuantiosa contribución fiscal, a la generación de empleos y a la demanda de insumos  industriales.    Desde  su  nacionalización,  sucedida  en  el  año  1938,  el  Estado  mexicano  controla  la  producción y la comercialización del petróleo y del gas natural a través de la empresa  Petróleos Mexicanos (PEMEX), la empresa más grande del país.   PEMEX cuenta con un total de 133.040 empleados, de los cuales 109.739 pertenecen  a  la  plantilla  fija  y  el  resto  es  personal  temporal.  En  el  año  pasado,  tuvo  un  gasto  programable superior a los 62.000 millones de pesos y unos ingresos brutos de más  de 240.000 millones.    Los descubrimientos de yacimientos a finales de los años setenta situaron a México  entre los cinco primeros países exportadores de petróleo en el mundo.   64  Universidad CNCI de México   

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Actualmente, las principales zonas de explotación se localizan en el sur del país, en  una región comprendida entre los estados de Tabasco y Chiapas, y en la plataforma  marina de Campeche, que junto con la zona costera del Golfo, Tamaulipas y Veracruz,  constituyen la gran zona petrolera de México.   

Práctica 16    Instrucciones: responde lo que a continuación se indica, con base en el conocimiento  adquirido en esta sesión.  1.  Completa el siguiente cuadro comparativo de: Metales, No  metales y Metaloides.   Metales

No metales

Metaloides

Características Ejemplos de elementos

2. Clasifica los siguientes elementos de acuerdo a sus propiedades y su posición en la  tabla periódica en metales, no metales y metaloides    As

Ga

O

P

Bi

Fe

Pb

Te

Ge

Zn

N

I

3.- Señala algunos artículos que utilices generalmente hechos a base de metales.

  3.‐ Señala algunos artículos que utilices generalmente hechos a base de metales                                       

  65  Universidad CNCI de México   

 

 

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Sesión 8  Los temas a revisar el día d de hoy son: e el concepto de enlacce químico 5. Define     5.1.  Enuncia la reegla del octeeto      5.2.  Estructura de Lewis    6. Descriibe la formaación del en nlace iónico o y las prop piedades qu ue presentaan los  compuesstos de este e tipo de en nlace      6.1. ¿Q Qué es la ellectronegattividad?      6.2.  ¿Cómo se fo orma un enllace iónico??      6.3.  P Propiedadess de los com mpuestos ió ónicos    7. Descriibe el conce epto de enlace covalen nte       7.1. Estructuras d de Lewis y e electronegaatividad  Geometría m molecular yy polaridad      7.2. G   8. Explica las propie edades de los compue estos covale entes  9. Descriibe las teorrías que exp plican el enlace metálico  10. Reco onoce las caaracterísticaas que se de erivan del e enlace metáálico  11. Refie ere la formaación de lass fuerzas inttermoleculares  11.1 1. Fuerzas de atracción dipolo‐dipo olo  11.2 2. Fuerzas de atracción dipolo‐dipo olo inducido o  11.3 3. Fuerzas de dispersión n o fuerzas de London   12. Identtifica las característicaas de los compuestos ccon puente de hidróge eno  como el agua y las m moléculas d de importancia biológica  12.1. Pueente de hidrógeno   12.2. Otrros elementtos que preesentan pue entes de hid drógeno    efine el con ncepto de enlace químico  5. De ¿De  qué manerra se forma un compu uesto? Se ne ecesitan dee enlaces qu uímicos que e son  q mantieenen    unid dos  a  los  átomos  á de  un  compu uesto,  aquí  intervienen  los  los  que  electtrones  del  último  niivel  energéético.  Los  tipos  de  enlaces  prresentes  en  un  comp puesto  se  deben  en  gran  mediida  a  las  propiedade p s  físicas  y  químicas  de  la  sustaancia. Por eejemplo, la ssal se disuelve en aguaa mucho meejor que en el aceite de ebido  a las diferenciass de los enlaaces.    5.1. EEnuncia la rregla del occteto  Los  electrones  e de  valenciaa,  los  del  nivel  n de  energía  más  externo,,  tienen  gran  ortancia  po orque  son  los  que  parrticipan  impo en laas reaccionees químicas..        66  Universsidad CNCI dde México   

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    La  regla  del  octeto  establece  que  cuando  los  elementos  se  combinan  pueden  ganar,  perder  o  compartir electrones hasta obtener un total de ocho electrones en su nivel o  capa  más  externa  de  energía,  también  conocida  como  capa  de  valencia;  lo  anterior,  para  adquirir  la  configuración  electrónica  del  gas  noble  más  cercano,  el  cual  se  caracteriza por tener una estabilidad notable a excepción del He que sólo presenta dos  electrones de valencia.     Esta regla se aplica a casi todos los elementos representativos, excepto el hidrógeno,  litio, berilio y boro, a razón de que no completan los 8e‐.  Veamos un ejemplo de la regla del octeto:     10 Ne= 1s2, 2s2, 2p6 

Ne 2e

8e

El átomo de Neón tiene 8 electrones de valencia en su capa más externa, por lo tanto se encuentra en el grupo VIIIA

    5.2. Estructura de Lewis  El químico estadounidense Gilbert Lewis  (1875‐1946) es conocido por haber empleado  unas  representaciones  simbólicas  de  los  elementos  que  muestran  los  electrones  de  valencia como puntos, estas representaciones se conocen como Símbolos de Lewis de  puntos.     Como ya hemos visto, cada grupo de los elementos en la tabla periódica te indica la  cantidad de electrones de valencia, en el caso del magnesio, se encuentra en el grupo  IIA y por lo tanto tiene 2 electrones.     A continuación, se presenta un ejemplo de cada grupo con su símbolo de Lewis.   

    Para  escribir  la  estructura  de  Lewis  es  importante  escribir  correctamente  la  configuración electrónica. Revisemos algunos ejemplos.    67  Universidad CNCI de México   

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  La configuración electrónica y los símbolos de Lewis para los siguientes elementos son: 1.- 12Mg= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2 La capa de valencia tiene 2 electrones y la estructura de símbolos de Lewis sería la siguiente:

Mg

o

Mg

2.- 13Al= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1 La capa de valencia tiene 3 electrones y la estructura de Lewis quedaría de la siguiente manera:

Al

o

Al

3.- 35Br= 1s2, 2s2, 2p6, 3s 2, 3p6,4s2,3d10,4p5 La capa de valencia posee 7 electrones y la estructura de Lewis sería la siguiente:

Br   En el caso de los elementos del grupo B la representación es la misma, por ejemplo, el  escandio se encuentra en el grupo IIIB, es decir; se le dibujarán 3 puntos.    Es  indispensable  familiarizarse  con  los  niveles  o  capas  de  energía,  los  electrones  de  valencia  y  los  símbolos  de  Lewis  para  el  estudio  de  lo  que  vendrá  más  adelante  en  relación con los enlaces químicos de los átomos y la formación de compuestos.  Un enlace químico es una unión, como bien dice la frase “la unión hace la fuerza”, y  estos  mantienen  una  estabilidad  entre  los  compuestos,  los  enlaces  se  rompen  para  formar otros compuestos y ocurren reacciones químicas.     La  vida  se  trata  de  “reacciones  químicas”  como  el  grupo  de  acróbatas,  que  están  unidos unos con otros para hacer formas diferentes con una distribución distinta.     

Práctica 17    Instrucciones: realiza en forma individual los siguientes ejercicios, apoyándote en la  lectura del texto anterior y en la tabla periódica.  Elemento Número atómico

Configuración electrónica

Electrones de valencia

Estructura de Lewis

Be S Kr Rb O Cd

  68  Universidad CNCI de México   

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6. Describe la formación del enlace iónico y las propiedades que presentan los  compuestos de este tipo de enlace    Cuando los átomos interaccionan con otro átomo diferente en las reacciones químicas,  dependiendo  de  sus  características distintivas,  pueden  ganar,  perder  o  compartir  sus  electrones.     Cuando  un  átomo  pierde  o  gana  electrones  se  convierte  en  un  ión.  Los  iones  tienen  importancia para las reacciones básicas de la vida.  Hay dos tipos de iones:    Iones positivos o cationes: es cuando un átomo pierde electrones del último nivel de  energía (electrones de valencia) y adquieren carga positiva. Los metales suelen perder  electrones y convertirse en cationes. Veamos un ejemplo:     Un átomo de sodio pierde su único electrón de valencia y se convierte en un ión de sodio con carga positiva.

               11

Na 

      Iones  negativos  o  aniones:  cuando  un  átomo  gana  electrones  (1,2,3)  y  su  carga  se  vuelve negativa. En este comportamiento participan los no metales, que suelen ganar  los electrones que perdieron los metales. Veamos un ejemplo:   Gana 17

 CI 

    Un átomo de cloro en el grupo 7A con 7 electrones de valencia, gana un electrón. El  ión cloro resulta con carga negativa de ‐1.    6.1. ¿Qué es la electronegatividad?   Como  vimos  anteriormente,  la  electronegatividad  es  la  que  nos  ayuda  a  medir  la  tendencia  de  atraer  electrones  cuando  el  átomo  de  un  elemento  está  químicamente  combinado  con  otro  átomo.  En  un  periodo,  la  electronegatividad  aumenta  con  el  número  atómico  y  dentro  de  un  grupo  disminuye.  Los  metales  tienen  electronegatividades bajas y los no metales altas.  69  Universidad CNCI de México   

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Semana  1 y 2

 

 

  Con la diferencia de electro onegatividad se estudiaarán los 3 tipos de enlaaces:   •  Iónico   •  Covalen nte no polarr   •  Covalen nte polar     Revissa en la sigu uiente figura cómo se d distribuyen los electrones en los 3 3 tipos de enlace  que sse están analizando. 

Confforme aumeenta la diferrencia de electronegatividad, los eelectrones ccompartido os se  atraeen fuertemeente hacia eel átomo más electronegativo.    6.2. ¿¿Cómo se forma un en nlace iónico o?     El en nlace se pueede imaginaar como un “estira y affloja” entree dos átomo os por compartir  electtrones. El en nlace iónico o es la transsferencia co ompleta de electrones,, donde el ccatión  (mettal) le cede  los electron nes por com mpleto al anión (no metal). Comeentamos qu ue los  metaales  poseen n  baja  electtronegativid dad  y  no  re etienen  a  sus  s electron nes  de  la  última  ú capa  de  valenciia,  por  lo  que  los  cedeen  a  los  no o  metales.  Así,  A lo  átom mos  metáliccos  se 

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Semana 1 y 2

 

convierten  en  un  ión  positivo  y  el  átomo  no  metálico  en  un  ión  negativo  al  ganar  electrones. Cargas opuestas, hay atracción electrostática.    Veamos las propiedades de los elementos que forman la sal de mesa:  a) Sodio: es un metal sólido, plateado y blando que se puede cortar con un cuchillo.  b) Cloro: un no metal reactivo, es un gas amarillo verdoso de olor irritante.  Cuando  se  coloca  un  trozo  tibio  de  sodio  metálico  en  un  matraz  que  contiene  cloro  gaseoso, se produce una reacción química y se forma un sólido blanco estable, se trata  del cloruro de sodio que se emplea como sal de mesa.   

+

=

  Revisemos el sodio y el cloro para formar la sal de mesa. 

    El sodio le transfiere el electrón de la capa más externa al cloro, de esta manera se  forma el cloruro de sodio con dos elementos de propiedades distintas.  El cloruro de  sodio es un compuesto iónico    Una pizca de sal contiene billones de iones positivos y negativos, estas uniones se  organizan en una formación ordenada llamada esferas (B) y el modelo de puntos (A),  para formar cristales. 

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Taller de Química I 

 

Semana 1 y 2

 

El sodio tiene una electronegatividad de 0.9 de acuerdo a Pauling y el cloro un valor de  3.0; la diferencia de electronegatividad se calcula:                                dE= 3.0‐0.9 = 2.1             La electronegatividad es mayor a 1.8, lo que conlleva a un enlace iónico.    Veamos otro ejemplo de enlace iónico: 

 

La electronegatividad del litio es 1.0 y el flúor de 4.0, la diferencia de electronegatividad es 3.0, por lo tanto es enlace iónico.

  6.3. Propiedades de los compuestos iónicos  •   Sólidos y forman cristales.  •   Tienen un alto punto de fusión y ebullición.  •   No forman moléculas verdaderas, sino conglomerados gigantes de iones.  •   Disueltos en solución son capaces de conducir la electricidad.  Un sustancia que se disuelve en agua para formar una solución que conduce  electricidad recibe el nombre de electrolito.    

 

Práctica 18    Instrucciones: resuelve los ejercicios apoyándote con los conocimientos adquiridos en  la sesión.  1.‐ Resuelve la siguiente tabla para la formación de iones positivos y iones negativos.   Elemento

Número de grupo

Número de Electrones de valencia

Iones ganados

Iones perdidos

Ión formado

Magnesio

IIA

Mg2+

Calcio

IIA

Ca2+

Azufre

VIA

S2-

Bromo

VIIA

Br-

¿Qué característica deben tener los átomos para formar un enlace iónico?    72  Universidad CNCI de México   

 

Talller de Q Química II 

 

Semana  1 y 2

 

  7. Descriibe el conce epto de enlace covalen nte    Los  enlaces  e covvalentes  pueden  expliccar  la  formaa  de  cómo  se  unen  lo os  átomos  en  e las  molééculas  de  diferentes  su ustancias.  Resulta  R difíccil  hacer  un na  descripción  detallad da  de  todas  las  sustaancias  con  enlaces  covalentes,  c pues  aunq que  los  teengan,  son  muy  diferrentes entree los átomos. Pueden sser polares, no polares, enlaces seencillos, dob bles o  triplees.    unas  molécculas  de  importancia  que  q se  form man  por  medio  de  en nlaces  Sabíaas  que  algu covalentes  son::  la  molécu ula  del  agua  (H2O),  el oxígeno  (O O2),  el  dióxxido  de  carrbono  (CO2), la glucosaa (C6H12O6), los hidroccarburos como el metaano (CH4), los diamanttes, la  cloro ofila en las p plantas, la aalbúmina en n la sangre, entre otrass.    ¡Imaginaa qué sería de tu vida ssi estas molléculas no sse pudieran enlazar!    enlaces covvalentes son n las fuerzas que manttienen unidos entre sí  a los átomo os no  Los e metáálicos (elem mentos situaados a la deerecha en laa tabla perió ódica: C, O, F, Cl), y esttos se  form man cuando  dos o más  átomos comparten pa ares de elecctrones. El aagua, el azú úcar y  los co ompuestos derivados d del carbono o presentan n enlace covvalente.    Podeemos distingguir 3 tipos de enlace ccovalente: • Enlace co ovalente no o polar  • Enlace co ovalente po olar  ovalente co oordinado  • Enlace co         Enlacce covalentte no polar  Este  tipo  de  en nlace  se  forma  cuando  dos  átom mos  del  mismo  elem mento  se  un nen  y  comp parten  parees  de  electtrones  y  po or  lo  tanto o  su  electtronegativid dad  es  cero.  Todo  los  elementos  diató ónicos  (H2,  O2,  F2,  Cl2,  I2,  N2,  Br2)  presentaan  este  tipo o  de  enlacce, así como o el CO (mo onóxido de ccarbono).    Revissemos una molécula dee Cl2    

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  Cada átomo de cloro c tiene 7 electrones de valenccia, compartiirá un electtrón cada cloro para mantener m el nivel n ocupado y alcanzarr un octeto de electron nes y convvertirse en una ula estable como c los gases nobles. molécu

Dos átomos de hidrógeno, ca ada uno con n su ón, comparte en un par para p formar una electró molécu ula de hidró ógeno, que es más esttable que loss átomos de hidrógeno in ndividuales.

  Tamb bién existen n moléculass con dos paares de elecctrones com mpartidos; sse habla de un  enlacce doble: O = O   ( O 2 ))     Enlacce covalentte polar  Los  electrones  e se  comparrten  de  maanera  desiggual  entre  átomos  no o  metálicos  para  comp pletar  unaa  capa  dee  ocho  electrones.  e   Aquí  existe  e una  diferenciaa  de  electtronegativid dad  notablee,  de  maneera  que,  un  átomo  tiene  tendenccia  a  atraerr  más  electtrones. La d diferencia de electroneegatividad d debe ser meenor a 1.7 yy se indica ccon la  letra griega deltta δ.    Revissemos el en nlace covaleente polar con la moléccula de aguaa. 

          Con  símbolos  de  Lewis  quedaría  q d la  siguie de  ente  maneera,  donde  los  hidróggenos  comp parten el ún nico electró ón con el oxígeno:  

  Otro ejemplo seería el HCI  74  Universsidad CNCI dde México   

 

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Semana 1 y 2

 

La electronegatividad del HCI es de 0.9, en la escala de Pauling lo que nos representa un enlace covalente polar.

      El  átomo  de  hidrógeno  con  un  electrón,  se  lo  comparte  al  átomo  de  cloro  para  completar  un  octeto  de  electrones  y  este  átomo  es  más  electronegativo.  Un  enlace  polar  es  cuando  se  comparten  electrones  de  manera  desigual  y  como  consecuencia  genera un dipolo como el HCI. La polaridad de un enlace covalente se puede conocer a  partir  de  la  diferencia  de  electronegatividad  entre  los  2  átomos.  A  mayor  electronegatividad el enlace se vuelve más polar.    Enlace covalente coordinado  Este  tipo  de  enlace  se  presenta  cuando  un  átomo  no  metálico  comparte  un  par  de  electrones con otros átomos. Para que se presente este tipo de enlace, se requiere que  el  átomo  electropositivo  tenga  un par  de  electrones  libres  en  un  orbital  exterior  y  el  átomo electronegativo tenga capacidad para recibir ese par de electrones en su última  capa de valencia. 

    7.1. Estructuras de Lewis y electronegatividad    Pasos para escribir la fórmula de Lewis de puntos en un compuesto.  Paso  1.  Escribe  primeramente  el  símbolo  del  átomo  central  de  la  estructura  (si  intervienen  tres  o  más  átomos)  y  distribuye  los  demás  átomos  alrededor  del  átomo  central.    Paso 2. Escribe el número de electrones de valencia, representando con puntos, cada  átomo de la molécula o ión.  Paso  3.  Une  cada  átomo  al  átomo  central.  Distribuye  los  electrones  restantes  alrededor de todos los átomos para completar un octeto de electrones en cada átomo  (excepto el hidrógeno y el helio que sólo pueden tener  2 electrones).    Paso 4. Si el número total de electrones disponibles es menor que el número necesario  para  completar  un  octeto,  desplaza  los  pares  de  electrones  no  compartidos  para  formar dobles y triples enlaces.  Veamos un ejemplo del CCI4    75  Universidad CNCI de México   

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              Paso 1                                           Paso 2                                             Paso 3    Estructuras de Lewis para el NH3 y CH4 

 

  7.2. Geometría molecular  Las fórmulas de Lewis nos permiten explicar cómo se distribuyen los electrones entre  los  átomos  de  una  molécula,  pero  no  sirven  para  predecir  la  forma  molecular,  ni  la  polaridad de una molécula.      La geometría molecular o estructura molecular es la disposición tridimensional de los  átomos  que  constituyen  una  molécula.  Para  predecir  la  distribución,  recurrimos  a  la  teoría RPECV (repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia).     El concepto es que los pares de electrones que rodean al átomo central se mantienen  alejados  unos  de  otros  como  sea  posible.  En  este  modelo  se  visualizan  los  pares  de  electrones no compartidos, así como los pares de electrones sencillos y múltiples. Las  formas  de  las  moléculas  son  similares  a  la  distribución  que  se  crea  cuando  se  atan  globos del mismo tamaño. Veamos la distribución de las formas moleculares.         

76  Universidad CNCI de México   

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  Estas geometrías son importantes porque incluyen todas las formas que se observan  comúnmente en las moléculas o iones que obedecen la forma del octeto.    8. Explica las propiedades de los compuestos covalentes    •  Se forman moléculas de estos enlaces.  •  Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.  •  Tienen puntos de fusión y ebullición bajos.  • No conducen la electricidad.  • Pueden disolverse en sustancias polares o  no polares.                  9. Describe las teorías que explican el enlace metálico (teoría del mar de electrones)  77  Universidad CNCI de México   

 

Talller de Q Química II   

  Los  metales  m rep presentan  el  grupo  más  m numero oso  de  elem mentos  de  laa  tabla  perriódica,  todos  los  elem mentos  del  grupo  IA  y  IIA,  al  igual  que  los  metalles  de  transsición. El en nlace entre  los átomoss metálicos   tiene  caraccterísticas  muy  m diferentes  a  los  enlaces  ión nicos  y  covalentes.     La  unión  u de  lo os  átomos  en  los  crristales  metálicos  sólidos  forman un enlace metálico.  EEl modelo d de mar  de  electrones,  e   señala  que  un  sólido o  metálico  puede  visuaalizarse  com mo  una  maatriz  tridimeensional  de e  iones  posittivos  que  permaneceen  inmóvilles  en  un na  red  cristaalina,  mien ntras  que  los  electrones  de  valencia,  débillmente sujeetos, se dessplazan librremente po or todo  el criistal como een un “mar de electron nes".     Debido  a  estaa  libertad  se  les  llama  elecctrones  deslo ocalizados.  El movimieento, similar al de un llíquido  de  estos  e electrrones  de  valencia  v a  través  de  la  red  cristaalina, hace  de los mettales bueno os conducto ores de  calorr.    10. R Reconoce laas caracteríssticas que sse derivan d del enlace m metálico     Los m metales derivados de la naturalezza presentan las siguientes características:  •   Tienen brillo o lusttre metálico o.  •   Sólidos a temperattura ambien nte, excepto el mercurrio (Hg) por ser líquido.  man alambrres.  •   Dúctiles o que form •   Maleab bles, pueden n hacerse lááminas.  onan con el oxígeno y fforman óxid dos.  •   Reaccio •   Forman n cationes (iiones positiivos).  •   Conduccen calor y eelectricidad d.   

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Taller de Química I 

 

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Práctica 19    Instrucciones:  completa  la  siguiente  tabla,  determinando  para  cada  sustancia  la  diferencia de electronegatividad entre sus átomos y predice con base a ello el tipo de  enlace (consulta la tabla de electronegatividades).    Compuesto

Electronegatividad de cada átomo

Diferencia de electronegatividad

Tipo de enlace

F2

F: 4.0          F: 4.0

0.0

Covalente no polar

H2S CCI4 NaF O2

  1.‐ Escribe los símbolos químicos  de 10 metales.  a) _____                                 f) _____  b) _____                                 g) _____  c) _____                                 h) _____  d) _____                                  i) _____  e) _____                                  j) _____    2.‐ Menciona las propiedades que identifican a los metales.          3.‐ Explica por qué los metales son: maleables, dúctiles, conductores de calor y  electricidad.      11.  Refiere la información de las fuerzas intermoleculares    Las fuerzas que unen a las moléculas entre sí reciben el nombre genérico de fuerzas  intermoleculares o fuerzas de Van der Waals. Las propiedades físicas de las sustancias  formadas por moléculas dependen de éstas.    La magnitud de las fuerzas intermoleculares depende del número de electrones, del  tamaño de la molécula y la forma de la misma. Hay varios  tipos de fuerzas  intermoleculares:          79  Universidad CNCI de México   

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  11.1.. Fuerzas de e atracción dipolo‐dipo olo  Tamb bién  son  llamadas  fueerzas  de  Keeeson,  se  originan  o entree moléculass que forman dipolos  permanenttes.  Las  molééculas que sson dipoloss se atraen  entre sí cu uando la  regió ón  positiva  de  una  esttá  cerca  de  la  región  negativa  n de  la  otra.  En n  un  líquid do  las  moléculas  estáán  muy  cercaanas y se attraen por su us fuerzas in ntermoleculares.    Las  moléculas  deben  tener  suficieente  energgía  para  venccer  esas fueerzas de atrracción, y h hacer que el líquido  pued da  entrar  en  ebullición n.  Moléculaas  como  el  etanol,  preseente en el aalcohol, exp perimentan estas atracciones.     11.2.. Fuerzas de e atracción dipolo‐dipo olo inducid do   Tamb bién  llamadas  fuerza as  de  Debyye,  se  pro oducen  cuaando  una  molécula  polar  disto orsiona  la  nube  n electrrónica  de  otra  o molécu ula  próxima,  generalm mente  no  polar,  p crean ndo un dipo olo instantááneo (dipolo o inducido) surgiendo  así una fueerza de atraacción  entree ambas mo oléculas.    11.3.. Fuerzas de e dispersión n o fuerzas de London   Este  tipo  de  in nteracciones  moleculares  se  deb ben  al  movvimiento  dee  los  electrrones  alred dedor de un n átomo. Cu uando este movimiento o se da, existe la posib bilidad de qu ue en  un in nstante hayaa más electtrones en un n lado del n núcleo que d de otro y du urante ese b breve  mom mento haya un dipolo d debido al deesequilibrio de la cargaa. De esta fo orma, el extremo  posittivo del dipo olo instantááneo atraerrá los electrrones de un n átomo veccino, induciiendo  así  otro  o dipolo o  instantán neo.  Estos  dipolos  se  atraen  el  uno  al  otro  ante es  de  desaparecer.  Laas  atraccion nes  entre  dipolos  d instaantáneos  pueden  llegaar  a  ser  fue ertes,  e s breve  duración  miitiga  su  efe su  ecto  y  la  atracción  a ees  generalm mente  sin  embargo,  pequ ueña.     Estass fuerzas daan lugar al  estado sólid do y líquido o de las mo oléculas quee son no po olares  debid do a su simetría en la eestructura ccomo el CO2 o CH4  Sabías que el nombre S d fuerzas de de d London s deriva en se n honor al fíísico Fritz London. L

  12. Id dentifica laas caracteríssticas de lo os compuestos con pue ente de hid drógeno com mo el  aguaa y las molé éculas de im mportancia b biológica  12.1.. Puente de e hidrógeno o   Entree los enlacees polares,  un caso parrticularmen nte importante es el qu ue está form mado  por u un átomo de hidrógeno y un átom mo que tengga más elecctronegativiidad como el del  flúorr, nitrógeno o y oxígeno.   80  Universsidad CNCI dde México   

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Semana  1 y 2

 

El aggua está com mpuesta po or moléculass polares caapaces de  form mar  puentes  de  hidró ógeno.  En  esta  molé écula  los  electtrones  que  intervieneen  en  sus  enlaces,  esstán  más  cercaa  del  oxígeeno  que  dee  los  hidróggenos  y  por  esto  se  geneeran  dos  caargas  parciiales  negattivas  en  el  extremo  dond de está el o oxígeno y do os cargas p parciales positivas en  el exxtremo dond de se encueentran los hidrógenos.     La  presencia  p de  cargas  parciales  p po ositivas  y  negativas  hacee  que  las  moléculas  m de  agua  se  comporten  como  iman nes  en  los  que  las  partes  con  caarga  parcial  positiva  atraeen a las parrtes con cargas parciales negativaas. De tal  maneera  que  un na  sola  mollécula  de  agua  a puede e  unirse  a  otrass  4  molécu ulas  de  agu ua  a  través  de  4  puentes  de  hidró ógeno.  Estaa  característica  es  la  que  q hace  all  agua  un  líquid do excepcio onal y un so olvente univversal.      ¿Porr  qué  flotaa  el  hielo?  Cuando  laa  temperattura  baja,  los  puentees  de  hidró ógeno  provocan  que  laas  moléculaas  de  agua  se  ordenen n  de  tal  maanera  que  q quedan  esp pacios  entree  ellas  y  el  volumen  aumenta;  a es  una  de  laas  pocas  su ustancias  qu ue  al  conge elarse  aumeentan  de  volumen.  Essto  es  así  po orque  la  de ensidad  del  hielo  es  m menor  que  la  l del  aguaa.  Como  consecuencia  de  este  feenómeno,  el  e hielo  flotta  en  el  aggua.  Esta  ess  una  prop piedad  curio osa  que  sólo  tiene  el  vital  v líquido o  y  también n  fundamen ntal  para  laa  vida  porque si el hieelo de un lago no flotaase, este se  hundiría;   luego apareecería más  hielo  que vvolvería a h hundirse hassta congelar todo el lago y las esp pecies marin nas morirían. Sin  embargo, cuand do se aumenta la temp peratura y p pasa a la forma líquida, algunos de e esos  enlacces  se  rompen  y  por  eso  e el  aguaa  líquida  es  más  comp pacta  que  el  hielo,  es  decir,  d más densa (pesaada).     e presentan n puentes d de hidrógen no   12.2..  Otros elementos que   Un  ejemplo  e importante  del  d enlace  puente  p de  hidrógeno  se  encuen ntra  en  la  doble  d hélicce  del  ADN..  El  ADN  ess  una  macro omolécula  que  forma  parte  de  to odas  las  cé élulas.  Conttiene  la  infformación  genética  g ussada  en  el  desarrollo o  y  funcion namiento  de  los  organismos  vivvos  conocid dos  y  de  algunos  virus,  v siend do  el  resp ponsable  de  d su  transsmisión  hereditaria.  El  E ADN  tien ne  una  serrie  de  cadeenas  de  fo osfatos  unid das  a  molééculas  de  azúcar.  a Sus  bases  nitrrogenadas (adenina,  guanina,  g cittosina  y  tim mina)  interraccionan m mediante pu uentes de hiidrógeno de e la otra héllice.         

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Puente de hidrogeno entre la doble hélice.

 

 

Práctica 20    Instrucciones:  contesta las siguientes preguntas, basándote en el conocimiento  adquirido en esta sesión.  1.‐ Explica cuándo se presentan los enlaces intermoleculares conocidos como puentes  de hidrógeno:    2.‐ Indica de qué características dependen las fuerzas intermoleculares:    3.‐ Selecciona un par de compuestos, el cual presente un enlace de hidrógeno más  fuerte, fundamenta tu respuesta:  HCI y HF    4.‐  ¿A qué se debe que la doble hélice de ADN se mantenga unida mediante puentes  de hidrógeno?    5.‐  Describe la diferencia entre puentes de hidrógeno y enlace covalente de las  moléculas del agua.      6.‐ ¿Qué entiendes por fuerzas de dispersión?                          82  Universidad CNCI de México   

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Semana  1 y 2

 

Seman na 3  Sesión 9  Los temas a revisar el día d de hoy son: uaje químico o  13. Valora la utilidaad y  manejo del lengu omenclatura   13.1. No  13.2. No omenclatura tradicionaal   13.3. No omenclatura stock   13.4. No omenclatura sistemáticca    ende la escrritura de fórrmulas quím micas  14. Apre 14.1. Compuestos b binarios  14.2. Compuestos ternarios o ssuperiores   13. V Valora la utilidad y  maanejo del le enguaje químico    químicas,  tanto  orgáánicas  Debido  a  que  existe  unaa  gran  can ntidad  de  sustancias  s mpuestos  qu ue  tienen  carbono)    como  inorrgánicas,  caada  una  co on  su  nomb bre  y  (com fórm mula,    resultta  indispenssable  contaar  con  un  sistema  de  nombres  que    nos  facciliten  desiggnar  a  las  sustancias  s para  que  todos  t   hablemos  el  mismo  m idiom ma.  Unos  de  d los  primeros esfuerrzos por  no ombrar a loss compuestos fue  Jaco ob Berzeliuss, quien pro opuso  un nuevo sistem ma que consiste en sim mbolizar a lo os elementos con una o dos letraas, en  la  cu ual  la  letra  inicial  es  mayúscula,  seguida  de  d una  min núscula,  po or  ejemplo  “Fe”  (Ferrrum),  “Na”  (Natrium)..  Fue  hastaa  1921  que e  se  fundó  la  Unión  IInternacional  de  Quím mica Pura y  Aplicada, ccuyas siglass en ingles sson IUPAC,  cuya finalidad es regu ular y  estab blecer reglaas para la fo ormulación d de los comp puestos y laa escritura d de sus nomb bres.      dos o más  Los ccompuestoss, son sustaancias que ccontienen d elem mentos,  com mbinados  químicamen q nte  en  prop porciones  fijas. Al igual qu ue el elemen nto se repreesenta por medio de  un  síímbolo,  asíí  también,  el  compueesto  se  reprresenta  a  travéés  de  una  fórmula.  Una  fórmu ula  químicaa  es  una  comb binación dee símbolos q que nos ind dican la com mposición  de  un  u compuesto    mediaante  subínd dices,  y  en n  algunos  casoss los parénttesis, nos in ndican el nú úmero de áttomos de  cada elemento.     Es  neecesario  saaber  el  grup po  al  que  pertenece  p el  e elemento o  químico  o  el  númerro  de  valen ncia del eleemento y el número de oxidación n antes de eempezar a  darles nom mbres.   El nú úmero de oxidación o ttambién co onocido com mo estado d de oxidación, es la cargga de  un io on simple  o o la carga ap parente quee se le asign na a un átom mo de un compuesto d de un  ion p poliatómico. Veamos algunos ejem mplos:   

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  número de oxidación

  Para asignar el número de oxidación de un elemento se siguen las siguientes reglas:  •   A todo elemento unido consigo mismo se le asigna un número de oxidación de  cero. Ejemplos K, Fe, H2, O2.  •   La suma de todos los números de oxidación de un compuesto es igual a cero.   •   El número de oxidación del hidrógeno es +1, excepto en los hidruros metálicos  que es ‐1.  •   El número de oxidación del oxígeno en sus compuestos es de ‐2, excepto en  los peróxidos que es de  ‐1.  •   En los iones es igual a la carga del ion.    13.1. Nomenclatura  La nomenclatura es una parte del lenguaje de química, es dar nombre sistemático a los  compuestos,  en  este  caso  los  compuestos  inorgánicos,  ya  que  el  universo  está  constituido por elementos y compuestos que son necesarios identificar y nombrar de  manera que todos podamos entenderlos, sobre todo los científicos.    Una clasificación simple para nombrar a los compuestos químicos es la siguiente:  •  Compuestos  binarios:  son  aquellas  sustancias  compuestas  de  sólo  dos  elementos en su fórmula. Ejemplo:                              CuH2   Son dos elementos, el cobre y el hidrógeno unidos.  •  Compuestos  ternarios:  son  sustancias  que  se  componen  de  3  o  más  elementos.  Ejemplo:                                                   AlOH  Están unidos el aluminio, oxígeno e hidrógeno.    En  el  siguiente  cuadro  sinóptico,  se  muestra  la  clasificación  de  los  compuestos  químicos:    

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13.2.. Nomenclaatura tradicional  Este sistema asignó los prim meros nombres a los compuestos, la cual se vvale de los  prefijos y sufijoss hipo‐oso, ‐‐oso, ‐ico y per‐ico, seggún la valen ncia con la q que actúen llos  elem mentos.     El criiterio para aaplicar el nú úmero de oxidación paara los metaales y anhídridos  es: 

  Así, p por ejemplo o, la fórmulaa podemos nombrarla respectivam mente:    Así, p por ejemplo o, la fórmulaa podemos nombrarla respectivam mente:      FeO O    Óxido ferrroso                                           Fe2O3  Óxido férrico      13.3.. Nomenclaatura stock  La no omenclaturra propuestta por Stockk en 1959 p publicada p por la IUPAC C, es más ffácil e  inclusive de memorizar.  A Aquí se utilizza el númerro de oxidación o la vaalencia del m metal  en  número  n rom mano  y  en  paréntesiss.  Anteponiiendo  a  este  número o,    se  escribe  el  nombre genéricco y el específico del co ompuesto d de esta form ma: nombree genérico + + de +  mento + el No. de vale encia. Por e ejemplo:   nombre del elem 85  Universsidad CNCI dde México   

 

 

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  Fe2+3S3‐2.  Sulfuro  de  hierro  (III)  [se  ve  la  valencia  III  del  hierro  en  el  subíndice  o  atomicidad del azufre].  Pb  +4  I4  ‐1      Yoduro  de  Plomo  (IV)  (se  ve  la  valencia  VI  de  plomo  en  el  subíndice  del  azufre).    En  las  siguientes  sesiones  aprenderemos  más  sobre  los  nombres  de  los  compuestos  binarios y ternarios.    Como recordaras el  nombre químico de la sal de mesa  NaCl es Cloruro de Sodio.     

Práctica 21    Instrucciones: contesta lo que a continuación se te pide.  Patricia se dirigió a la farmacia a comprar un producto que resolviera su problema de  indigestión y acidez estomacal. En la farmacia encontró varios productos, al momento  que los observaba se percató que la composición de cada uno variaba ya que uno de  los  productos  decía  estar  formado  con    Mg(OH)2  y  otro  con  Al(OH)3.  Comparando  la  composición química de las etiquetas Patricia se preguntaba, ¿cuál de ellos sería más  eficaz para resolver su problema?, ¿qué efectos podría provocar cada uno de ellos en  su organismo?    1.‐ ¿Te ha ocurrido algo similar a este caso? Menciónalo:    2.‐  ¿Consideras  que  es  importante  conocer  las  propiedades  de  los  compuestos  químicos?      3.‐ Escribe una breve reflexión sobre la importancia del lenguaje de la química.      13.4. Nomenclatura sistemática   El objetivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un  compuesto  sepamos  cuál  es  su  fórmula,  y  a  partir  de  la  fórmula  sepamos  cuál  es  su  nombre. Antiguamente esto no era tan fácil, pero gracias a las normas de la I.U.P.A.C.  (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) la formulación resulta más sencilla.  Las fórmulas nos ayudan a identificar sustancias, saber sus proporciones, de que están  hechas, cómo deberían reaccionar.     Esta    nomenclatura  también  es  conocida  como  racional  y  se  basa  en  nombrar  a  las  sustancias  usando  prefijos  numéricos  griegos  que  indican  el  número  de  átomos  de  cada  uno  de  los  elementos  presentes  en  la  molécula.  La  forma  de  nombrar  los  compuestos  es  con  prefijo‐nombre  del  segundo  elemento  +  prefijo‐nombre  del  primer elemento. Por ejemplo:  CrBr3 = tribromuro de cromo; CO = monóxido de carbono    86  Universidad CNCI de México   

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  Notaa importantte: en much hos de los ccasos el pre efijo  mono o no se pon ne y se sobrreentiende q que sólo existe  un áttomo del elemento.    Antees de entrarr a la nomeenclatura see presenta  una  lista  de  cationes  (iones  po ositivos)    y  aniones  (io ones  negaativos)  con n  sus  respectivos  números  de  oxidaación  que  se  s utilizarán n  posteriorrmente  paraa  la  form mulación.    PR RINCIPALES CATIO ONES Valencia fija +1

+2

+ +3

+ H+1

Áccido

+ Be+2

Berillio

Naa+1

So odio

+ Mg+2

Magneesio

+ K+1

Po otasio

+ Ca+2

Calcio

Rb b+1

Rubidio

Sr+22

Estron ncio

Cs+1

Cesio

+ Ba+2

Bariio

Agg +1

Plata

Zn+2

Zincc

Am monio

+ Cd+2

Cadm mio

NH4

+1

A +3 Al

A Aluminio

Tabla No. 1

 

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Semana  1 y 2

  PRINCIPALES ANIONES Valencia fijaa ‐1

‐2

F‐1 Cr‐1 Br‐1 I‐1 OH‐1

‐3

Fluoruro

O‐2

Cloruro

S‐2

Óxido Sulfuro

Bromuro

SO4

‐2

Sulfato

Yoduro

SO3‐2

Sulfito

Hidróxido

CO3

‐2

‐1

Nitrato

CrO 4

NO2‐1

Nitrito

CrO7‐2

M 4‐1 MnO

Peermanganato

NO3

C 4 ClO

‐1

Clorito

C 3‐1 ClO

Clorato

C 4 ClO

Fosfato

‐3

Fosfito

PO3

Carbonato

‐2

Cromato Dicromato

Hipoclorito

C 2‐1 ClO

‐1

PO4‐3

Perclorato

Tablaa No. 2

 

    Valencia variable + Cu+1

Cobrre (I)

Ni+2

Níqu uel (II)

Pb+2 P

+ Cu+2

Plo omo (II)

Cobrre (II)

Ni+3

Níqu uel (III)

P +4 Pb

Plo omo (IV)

+ Hg+1

Mercu urio (I)

Fee+2

Hierrro (II)

+ Hg+2

Mercu urio (II)

Fee+3

Hierrro (III)

Co o+2

Cobaalto (II)

Co o+3

Cobaalto (III)

Tabla No. 3

  14. Aprende 1 e la escriturra de fórmu ulas químicaas  Como vimos antteriormentee, una fórm mula química señala un na combinacción de símbolos  que  nos indican n la compossición de un n compuesto y median nte subíndicces, y en alggunos  casoss paréntesis, el númerro de átomo os de cada  elemento.  Es importan nte aprende er los  nombres y estarr verificando la carga d del ion pressente en lass tablas, parra dar el nombre  y fórmula adecu uada al com mpuesto.    Lo  más  m importaante  no  es  que  te  aprendas  el  no ombre,  sino o  que  aprendas  a  construir  fórm mulas. 

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    A continuación se presentan las reglas para la construcción de fórmulas:   Para  construir  una  fórmula  debes  tomar  en  cuenta  el  principio  en  el  que  los  compuestos deben ser eléctricamente neutros, es decir, la carga eléctrica positiva total  es igual a la carga eléctrica negativa total. Además debes aplicar las siguientes reglas:    1.‐ Se escribe primero el símbolo del metal o catión (+) que forma parte del compuesto  y luego el elemento no metálico o anión (‐) (Ver tabla No. 1 y tabla No. 2)                           CORRECTO                                      INCORRECTO                            Na+1 Cl‐1                                            Cl‐1 Na+1   Las letras de la izquierda te indican el símbolo del metal o catión (+) y los números de  oxidación.    Las letras de la derecha te indican el símbolo del NO metal o anión (‐) y los números de  oxidación.     2.‐  Si  las  valencias  no  son  iguales,  será  necesario  utilizar  subíndices  con  números  arábigos para igualar las capacidades de combinación de los elementos (el total de las  cargas  positivas  debe  ser  igual  al  total  de  las  cargas  negativas).  Para  ello  se  usa  la  valencia  de  uno  de  los  elementos  del  compuesto,  como  el  subíndice  del  otro  y  se  escribe  en  la  base  inferior  derecha  del  símbolo  del  elemento.  El  número  uno  no  se  escribe.   Ejemplos:                             Ca+2 Cl‐1           CaCl2      Al+3 S‐2                       Al2Cl3  

En estos dos ejemplos se entrecruzan los números de oxidación

        3.‐ Si las valencias son iguales, no se utilizan subíndices:   Ejemplos:    NaCl                             Na+1 Cl‐1  +2 ‐2                           Ca  O     CaO   +3 ‐3                            Al  N     AlN   4.‐ Si al escribir los subíndices, estos resultan múltiplos entre sí, se deben de  simplificar:  Ejemplos:                            Cr+6 O‐2   Cr2O6                 CrO3                            Pb+4 O‐2   Pb2O4                  PbO2    ¿Has visto fórmulas como éstas: AlPO4, Na2SO4, Ba(ClO4)2 ?    Los metales van  unidos  a iones poliatómicos , ejemplo AlPO4  , el aluminio es el metal  unido  a  un  ion  poliatómico  que  es  el  PO4    a  este  ion  se  le  llama  fosfato.  Un  ion  89  Universidad CNCI de México   

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poliatómico  se  define  como  un  grupo  estable  de  átomos  que  tiene  carga  positiva  o  negativa y que se comporta  (al combinarse) como si fuera un sólo elemento.   A continuación encontrarás una tabla con los principales iones poliatómicos.  PRINCIPALES IONES POLIATÓMICOS +1 y ‐1 NH4 +1

‐2 Amonio

‐3

CrO4 ‐2 ‐2

Cromato

OH‐1

Hidróxido

CrO7

NO3‐1

Nitrato

SO4‐2

Sulfato

Nitrito

SO3

‐2

Sulfito

MnO4‐1

Permanganato

CO3 ‐2

ClO‐1

Hipoclorito

NO2

‐1

‐1

Clorito

ClO3‐1

Clorato

O+1

Hidronio

ClO2

H3

Dicromato

PO4‐3

Fosfato

‐3

Fosfito

PO3

Carbonato

      Para  construir  fórmulas  con  iones  poliatómicos  se  siguen  las  reglas  ya  mencionadas.  Analiza los siguientes ejemplos:  •    Cuando se combina el potasio con el ion permanganato:                                                        K+1  +  MnO4‐1   Para que el compuesto resultante de esta combinación sea eléctricamente neutro, se  requiere que se combine un átomo de potasio con un ion poliatómico permanganato  por lo que la fórmula correcta del compuesto es:                              KMnO4   •    Cuando se combina el magnesio con el ion hipoclorito:                      Mg+2  +  ClO‐1   Para que el compuesto resultante de esta combinación sea eléctricamente neutro, se  requiere  que  se  combine  un  átomo  de  magnesio  con  dos  iones  poliatómicos  hipocloritos por lo que la combinación correcta para formar al compuesto debe ser:                      ClO‐1   Mg             ClO‐1   La fórmula correcta que representa a este compuesto por lo tanto debe ser:            Mg(ClO)2   La  fórmula  del  trisulfuro  de  tetrafósforo  es  P4S3,  la  cual  nos  indica  que  presenta  4  átomos de fosforo por 3 de azufre.   

Práctica 22    Instrucciones:  contesta lo que se te pide.  1.‐ ¿Qué representa una fórmula química?    90  Universidad CNCI de México   

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  2.‐ ¿Q Qué represeentan los su ubíndices de una fórmula químicaa?, indica un n ejemplo:      3.‐ Co onociendo la carga de los iones y aplicando las reglas, escribe las fó órmulas dell  comp puesto que se forma en cada uno de los siguientes parees:  3 a Hg2+ y  Br‐                                                   d)  Ba2+   y PO43‐ a)   b Fe3+  y  Cl‐  b) 2 c As3+  y  S2‐ c)     14.1..  Compuestos binarios  En essta sesión, sse emplearáá la nomenclatura Stocck y sistemáática aceptaada por la U Unión  Interrnacional  de  d Química  Pura  y  Ap plicada  (IUP PAC),    y  se  hará  referencia  en  ciiertos  casoss al nombree común y m más familiarr de algunos compuesttos.    os  binarioss  son  aqueellos  que  están  form mados  por  dos  eleme entos  Los  compuesto diferrentes.  Por  ejemplo  el  N2O4  (tettraóxido  de e  dinitrógen no)  es  un  ccomponentte  del  comb bustible que usan los m motores en un cohete. Los compu uestos binaarios se clasifican  depeendiendo dee su composición en:                                                          Óxidos Metálicos                                                                                                Óxidos no Metálico os o Anhídrridos   Compuestos bin narios                 Hidruro os                                                                                                             Hidrácid dos                                                            Sales        omenclaturra es necesaario que usees las tablass con números  Antees de empezzar con la no de oxxidación, paara darles n nombres a lo os compuesstos.    n los Óxidoss.   Empeecemos con Los  óxidos  ó son  compuestos  que  se  forman  po or  la  combiinación  del   oxígeno  y  y otro  elem mento.  Si  el  oxígeno  see  une  a  un  metal,  se  llaman  óxid dos  metáliccos,  y  óxido os  no  metáálicos  o  anhídridos  si  el  oxígeno o  se  une  a  un  no  mettal,  este  tip po  de  óxidos  se  encu uentran en la atmósferaa y forman gases.    El oxxígeno es el elemento  más abundante de la  corteza terrestre y no  se combina con  los  gases  g noblees.  Como  su  s átomo  tiene  6  ele ectrones  dee  valencia  puede  gan nar  2  electtrones paraa adquirir laa configuracción electró ónica estable; al ganarrlos se convvierte  así en el ion ÓXIIDO (O‐2).    Veam mos  los óxiidos metáliccos  Óxidos metálico os. Los mettales más acctivos como o son los alccalinos y alccalinotérreo os, se  pued den combinar directam mente al oxíggeno para fformar óxidos.  91  Universsidad CNCI dde México   

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                   META AL   +   OXÍG GENO               ÓXID DO METÁLIC CO       Ejem mplos:                   Na   +   O2                    Na2O                    O2                      K2O                  K   +   O     menclatura d de Óxidos m metálicos: Nom Para  nombrar aa estos com mpuestos see antepone  la palabra  óxido, segu uida del nombre  del  metal  m correespondiente,  puede  llevar  o  no,,  número  romano  r qu ue  represen nta  el  número de oxidación del m metal.  

Existen m metales de nú úmero de   Ejem mplos:   oxidació ón o valencia ffija y metales de                   Fórmu ula                    Nombre   número  de oxidación o valencia                   Na2O                        Óxido de ssodio  e,  el óxido se fforma con un  variable,                  CaO                         Óxido de ccalcio  metal dee valencia varriable (ejemplo o el                   Li2O                          Óxido de llitio  hierro),  después del n nombre del óx xido  hierro (III)                   Fe2O3                       Óxido de h se indicaa entre parénttesis y con                   Cu2O                        Óxido de ccobre (I)  número romano el nú úmero de    valenciaa del metal.    a o moho dee la plata ess el compueesto que se fforma cuan ndo los objeetos  El óxxido de plata de pllata se oxid dan y se cubren con una a capa obsccura que los hace perdeer su brillo. En  este caso la fórm mula de la u unión de estte metal con n un oxígen no es Ag2O .     Óxidos No metáálicos o Anh hídridos  Los ó óxidos NO m metálicos. EEs cuando eel oxígeno se e combina d directamente con un N NO  metaal se forma un óxido NO O metálico o anhídrido o.                     NO M METAL  +  OXÍGENO                    ÓX XIDO NO M METÁLICO   Ejem mplos:                                    S    +   O3            SO3                                    N2   +   O O2            NO O                                   C    +   O2             CO2     El  SO O3  es  un  co ontaminantee  secundario  que  se  forma  f cuando  el  SO2  rreacciona  con  c el  oxígeeno  en  la  atmósfera.  a Posteriorm mente  este  gas  reaccio ona  con  el  agua  form mando  ácido o  sulfúrico  con  lo  quee  contribuyye  de  forma  muy  imp portante  a  la  lluvia  áccida  y  produce daños iimportantees       

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Nom menclatura d de Óxidos N No Metálico os:  Para  dar  nombrre  a  estos  óxidos,  ó se  utilizan  u prim meramentee  los  prefijo os  griegos:  estos  n respectivo  de  átomos  en  el  compuesto  prefijos  se  utilizan  para  indicar  el  número  correespondientee.    mplos:   Ejem                  Fórmu ula                    Nombre                    CO                             Monóxido o de carbon no                   CO2                            Bióxido d de carbono                  NO2                            Dióxido d de nitrógeno                   Cl2O7                          Heptaóxiido de diclo oro                                Hidru uros  Los h hidruros ressultan de la combinació ón de un metal y un hidrógeno. En n los hidrurros, el  hidró ógeno tienee el número o de oxidació ón de ‐1.                                    METAL + HIDRÓGEENO                       HIDRU URO  Ejem mplos:        +                       Na+1   +    H‐1                      NaH      +1                       K     +    H‐1                                  KH                        Al+33   +    H‐1                                   AlH A 3    Nom menclatura d de Hidruross:  Se an ntepone la p palabra hidruro, seguid da del nombre del mettal correspo ondiente,  cuan ndo la valencia es variable se ponee en número os romanoss, verificar tabla.  Ejem mplos:                       Fórm mula                    Nombrre                      NaH                           Hidruro o de sodio                      CaH2   2                         Hidruro de calcio                      CuH2                              2         Hidruro de cobre (II)                       Hidráácidos  Los H Hidrácidos  se obtienen n de la reaccción del hid drógeno con n algún haló ógeno (F, Cll, Br,  I) o b bien con el aazufre (S). U Un ácido se define com mo una sustaancia que p produce iones  + hidró ógeno (H ) ccuando se eencuentra d disuelto en aagua, es deccir, cuando está en forrma  de so olución acuo osa. El hidró ógeno en esste caso sie empre tienee el número  de oxidació ón  +1.                                     HIDRÓGEENO  +  HALLÓGENO o  AZUFRE               HIDRÁCIDO   Ejem mplos:                                         H +1   ++    Cl‐1                  HCl                                         H +1   ++    F‐1                   HF                                        H+1    +    Br‐1                 HBr  93  Universsidad CNCI dde México   

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  Nom menclatura d de Hidrácid dos:  Para nombrar a los hidrácid dos o ácidos binarios p primero se indica que sse trata de u un  ácido o, posteriorrmente se to oma la raíz del nombre e del NO m metal y se le agrega la  term minación híd drico.  Ejem mplos:                            H2S        Acido s S sulfhídrico                       HI           Acido Yodhídrico                       HCI        Acido cclorhídrico                               Saless    s se  divviden  en  saales  binarias  y  sales  te ernarias  u  oxísales  (saales  que  po oseen  Las  sales  oxígeeno).  En  essta  sesión  nos  n ocuparremos  de  laas  sales  bin narias,  porq que  poseen n  dos  elem mentos. Las sales son m muy abundantes en la n naturaleza. La mayor parte de las rocas  y  minerales  del  manto  terrrestre  son  sales  de  un n  tipo  u  otrro.  También n  se  encuentran  gigan ntescas cantidades de sales en loss océanos.    Sal  haloidea  h ess  el  compu uesto  quím mico  inorgánico  binariio  que  es  formado  por  p la  comb binación dee un metal ccomo catión n y un no m metal como aanión.                                                                                     Metal       +      No o Metal                   Sal H Haloidea  mplos:   Ejem                            R Rb+   +   I‐                       R RbI   +3   ‐                            A Al   +   Br                     A AlBr3                             FFe+3  +   S2‐                    Fe2S3      Nom menclatura d de sales halloideas:   Primero  se  nom mbra  el  NO O  metal,  see  le  agrega  la  terminaación  “uro””  después  de  la  preposición “de e” y finalmente el nombre del mettal que form ma la sal.     Ejem mplos:                               BeeS          Sulffuro de beriilio                           M Mg3N2       Nittruro de maagnesio                           CaaCI2      Clorruro de calccio  Geneeralmente las sales son cristalinas y tienen aaltos punto os de fusión n y de ebullición.  Las ssales son siempre com mpuestos iónicos que sse disocian  al encontraarse en solución  acuo osa, aumenttando la con nductividad d eléctrica del solvente.                  94  Universsidad CNCI dde México   

 

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    A con ntinuación sse presentaan algunos ccompuestos binarios d de importan ncia:  

 

 

 

       

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Semana  1 y 2

 

 

 

Prácctica 23    Instrrucciones: identifica lo os compuesstos de la saal haloideaa, hidruro, h hidrácido, ó óxido  metáálico y óxido no metálico. Utiliza u una tabla periódica. 

Co ompuesto

Clasific cación del compuesto

SbH4 Sc2O3 Cu2S nO2 Mn HF F NaBr H KH CuC Cl2   96  Universsidad CNCI dde México   

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14.2.. Compuesttos ternario os o superio ores  Los  compuesto os  ternarioss  constituyyen  la  matteria  primaa  de  numeerosos  procesos  mo  obtenciión  de  celu ulosa,  fertilizantes,  po otabilización n  del  agua  y  en  indusstriales  com purifficación de aaguas servid das.     puestos por  tres elemeentos distintos, por eje emplo  Los ccompuestoss ternarios eestán comp el FeeSO4, es unaa sustancia de color azul verdoso que se puede utilizar ccomo fertilizante  o tam mbién se pu uede utilizarr como suplemento alimenticio. LLos compuestos ternariios se  clasiffican en varrios tipos dee sustanciass que son:                                                       Hidróxidos                                                       Com mpuestos te ernarios           Oxácidoss                                                         Oxísales     Es neecesario que uses las ttablas con n números de e oxidación,, para darlees nombres a los  comp puestos.      Oxiácidos    Estoss  se  obtienen  cuando  reacciona  un  óxido  NO  metálico o con  el  agu ua.  También n  son  llamaados Ácidoss.  Un ácido o se define ccomo una sustancia qu ue produce iones hidró ógeno  + (H ) ccuando se eencuentra d disuelto en agua, es de ecir, cuando o está en fo orma de solución  acuo osa.    Una  característica  que  ideentifica  a  lo os  ácidos  es  que  presentan  sabo or  agrio  o  ácido.  á más  que    reaccionan  r con  las  bases,  para  producir  p un na  sal  y  agu ua  (Reacció ón  de  Adem neutralización)  y  también  reaccionan  con  carbonatos  para  producir  eel  gas  dióxid do  de  ono, (CO2).  carbo               ÓXIDO NO METÁLIC CO   +   AGU UA                  OXIÁCIDO   mplos:   Ejem                                       SO2   ++   H2O  H2SO3                                                          CO2   +   H2O    H2CO O3                                                 ClO   ++    H2O    HClO     Para  nombrar aa las Oxiácidos:  Se no ombra la paalabra Ácido o, seguido d del nombre del No mettal  al final eel sufijo  (‐icco‐ , ‐ oso‐)) dependien ndo del núm mero de oxxidación.                                              Áccido + No m metal + Sufijjo (‐ico‐ , ‐oso‐)    A  co ontinuación  se  presen nta  una  tab bla  con  los  números  de  oxidació ón  de  los  iones  poliaatómicos.    97  Universsidad CNCI dde México   

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  Ejem mplos de nomenclaturaa de Oxiácid dos: 

  El  áccido  carbón nico  (H2CO3  )  es  un  oxxiácido,    el    cual  contiienen  las  bebidas  gase eosas  cuan ndo se disueelve CO2  en n agua. Estaas bebidas  suelen conssumirse fríaas, para serr más  refreescantes y eevitar la pérdida de CO2, que le oto orga la eferrvescencia.     Oxísaales  Son ssales que see derivan de un oxiácid do y una baase; es decir contienen n un metal u unido  a un ion poliatómico negativo que con ntenga oxíge eno  (SO, NO, PO, CO)..                            OX XIÁCIDO   ++   BASE                 SAL TTERNARIA   +   AGUA   Ejem mplos:                              H H3PO4   +   K KOH     K3PO4   +   3H2O                                                     Fosfato dee potasio           H2SO4   +   N NaOH      S 4   +   2H2O   O                            H  Na2SO                                                     Sulfato de sodio        98  Universsidad CNCI dde México   

 

 

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Nom menclatura d de oxísales::  Se no ombran cam mbiando la  terminació ón  ‐oso‐  de e los ácidoss por la term minación –ito‐, y  la terminación     ‐ico‐ de los ácidos p por la termiinación –ato‐ en la sales y despu ués se  incluye  el  nombre  del  meetal  correspondiente,  si  el  metaal  es  de  vaalencia  variable,  recueerda que deebes indicarrlo con núm mero roman no, al final del nombre.     Ejem mplos:  2                           N Na+  y  SO4 ‐2         Na2SO4 4         Sulfato o de sodio    Pb+2  y NO3 ‐1      Pb(NO3)2        Nitrato de plomo                            P                              Fe+2  y CO3 ‐22        FeCO3           Carbo onato de Fieerro (II)    Algunos compueestos ternarios importantes: 

 

 

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Sesión 10    Los temas a revisar el día de hoy son:    15. Reconoce el significado de los símbolos en la  escritura de ecuaciones  químicas.  16. Distingue los diferentes tipos de reacciones químicas         16.1. Reacciones de  combinación  y síntesis         16.2. Reacciones de descomposición          16.3. Reacciones de sustitución simple         16.4. Reacciones de sustitución doble         16.5. Reacciones de combustión    15. Reconoce el significado de los símbolos en la escritura de ecuaciones químicas    Vivimos rodeados de cambios químicos de los cuales no nos percatamos, justo en este  instante  tu  cerebro  está  experimentando  una  serie  de  reacciones  químicas  produciendo  hormonas  para  que  tus  órganos  vitales  funcionen    correctamente.  Sin  embargo, no sólo  nuestro cuerpo experimenta cambios químicos, también lo hacen la  atmosfera, el agua, el suelo,  incluso el exterior del planeta. La humanidad disfruta de  innumerables  ventajas  materiales  que  a  veces  van  acompañadas  de  un  deterioro  ecológico, éste suele ser consecuencia de un uso inadecuado de los cambios químicos.     Una reacción química es un proceso mediante el cual una o varias sustancias iníciales  se transforman en una o varias sustancias finales, presentándose cambios químicos. En  las reacciones químicas, las sustancias originales cambian a sustancias diferentes con  propiedades  químicas  y  físicas  distintas.    Estas  reacciones  se  representan  con  ecuaciones químicas.    En  una  ecuación  química  tanto  la  materia  que  se  transforma  como  la  materia  que  resulta de esta transformación, se representan por medio de su fórmula química. A las  sustancias  iníciales  se  les  denomina  “Reactantes”  o  “Reactivos”  y  se  colocan  a  la  izquierda  de  la  flecha  que  indica  “se  transforma”,  y  a  las  segundas  se  le  denomina  “Productos” y se colocan a la derecha de la flecha.   

                            Reactivos                                          Productos              100  Universidad CNCI de México   

 

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Semana  1 y 2

 

 

 

 

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Talller de Q Química II 

 

Semana  1 y 2

 

Tomeemos como o ejemplo laa reacción q química en la que el metano (CH4)) o el gas naatural  arde con oxígen no (O2) form mando dióxido de carbo ono (CO2) y agua (H2O)).       onsideramoss que sólo  intervienen n estas cuattro sustancias, la fórm mula (en gen neral,  Si co form mas abreviad das de sus n nombres) seería: 

  Los  químicos  q su ustituyen  laa  palabra  “da”  “ por  laa  flecha  qu ue  indica  “sse  transforma  o  convvierte”  paraa  obtener  la  l ecuación n  química.  Esta  ecuacción  se  lee  de  la  sigu uiente  manaara:       El  gaas  metano  se  combin na  o  reaccciona  con  el  e gas  oxíggeno  y  aplicando  calo or,  se  transsforma en b bióxido de ccarbono quee se despre ende en form ma de gas, además de agua  en fo orma de vap por y energíía.      La fe ermentación n láctica es una reacció ón química más, esta rreacción la h hacen las cé élulas  en ausencia de  oxígeno, see utiliza glu ucosa (azúcaar) para obtener energgía y se dessecha  el áccido láctico.. Este proceeso lo realizzan muchas bacterias ((llamadas bacterias láccticas,  que  dan  sabor  ácido  a  loss  lácteos),  hongos  y  en  e los  tejid dos  animalees;  en  efecto,  la  ferm mentación  lááctica  tamb bién  se  realiiza  en  el  te ejido  muscu ular  a causaa de  una  intensa  activvidad  o  ejercicio.  Cuan ndo  el  ácid do  láctico  se  s acumula  en  las  células  muscu ulares  produce síntom mas asociado os con la faatiga muscu ular, cabe aaclarar que  en los mússculos  uada  de  oxíígeno  que  permita  el  desarrollo  de  la  no  see  produce  una  aportaación  adecu respiiración aeró óbica (con o oxígeno).  

 

          102  Universsidad CNCI dde México   

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Semana 1 y 2

 

Práctica 24    Instrucciones: consultando la sesión vista, anota en el cuadro la simbología que  corresponde a los siguientes términos en una ecuación química.  Nombre

Símbolo

Nombre

Símbolo

Gas

Reacción irreversible (un sentido)

Sólido

Solución acuosa

Líquido

Sólido que precipita Catalizador

Calor (Energía calorífica) Gas que se desprende del producto

se

Reacción reversible (ambos sentidos)

 

16. Distingue los diferentes tipos de reacciones químicas  La materia experimenta miles de reacciones químicas, afortunadamente los químicos  han encontrado que estas reacciones se pueden clasificar en cuatro grandes grupos.     Tipos de reacciones químicas

Síntesis

Descomposición

Sustitución simple o desplazamiento simple

Sustitución doble o desplazamiento doble

Combustión

    16.1. Reacciones de combinación y síntesis   El primer tipo de reacción es el de combinación o síntesis, y este tipo de reacciones se  presentan cuando dos o más sustancias reaccionan para producir un sólo producto.   Estas reacciones se representan como:                                                             A     +     B         AB          103  Universidad CNCI de México   

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Por e ejemplo:   a)  Cu uando  el  hierro  se  oxxida,  el  hierrro  metálico o  y  el  gas  oxígeno  se  combinan  para  form mar una nueva sustancia: óxido de hierro (III):       b) Laa obtención de una sal binaria:                                                               Al (s)   ++   Cl2 (g)      AlCl3 (gg)   En esstas dos ecu uaciones, haay dos reactivos formaando un pro oducto.         2. Reaccione es de desco omposición 16. 2 Las rreacciones  de descom mposición see presentan n cuando  una sustanciia se transfforma  en do os o más su ustancias. LLa sustancia que se desscompone ssiempre es  un compue esto y  los p productos pueden ser eelementos o o compuesttos. Por lo ggeneral es n necesario aplicar  calorr para que eesta reacció ón se lleve aa cabo.   La ecuación gen neral que reepresenta aa las reaccio ones de desccomposició ón es:                                                          AB    A       +      B                                                                  Δ  Por e ejemplo:  Si  see  calienta  el  e carbonato o  de  calcio o  se  transfo orma  en  óxxido  de  calccio  y  dióxid do  de  carbo ono, como se muestra en la siguieente ecuaciión. Aquí see puede verr que un reaactivo  geneera dos prod ductos:                                                                      a)      CaCO3                CO2 +   CaO                                                                   Δ   La deescomposicción de algunos óxidos metálicos:                                             b)          HgO (s)       Hg (l)   +   O2 (g)                                                                      Δ       16.3.. Reaccione es de sustitu ución simplle   Las  reacciones  r de  sustitucción  simplee,  se  prese entan  cuand do  un  elem mento  reacciona  sustituyendo  o  reemplazaando  a  otro o  dentro  de  un  comp puesto.  A  eestas  reacciones  bién se les cconoce com mo reaccionees de desplaazamiento. tamb La eccuación gen neral que reepresenta a este tipo de e reaccionees es la siguiiente:                                        A    +    B BC                         AC      + +      B        Por e ejemplo:   Si  a  una  solució ón  acuosa  de  sulfato  de  cobre  (II),  [una  so olución  de  ccolor  azul]  se  le  agregga  un  trozo o  de  hierro  (por  ejemplo  un  clavvo),  el  hierrro  hará  porr  desplazar  a  los  ioness de cobre ccontenidos en la solución y se forrmará cobree metálico ssobre el trozo de  hierrro, siguiendo la siguien nte ecuación n:     104  Universsidad CNCI dde México   

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Semana 1 y 2

 

                    a)     Fe (s)   +   CuSO4 (ac)       FeSO4 (ac)   +   Cu (s)     Cuando un NO metal sustituye a otro NO metal de una sal:                         b)    Cl2 (g)   +   NaBr (ac)       NaCl (ac)   +   Br2 (g)       16.4. Reacciones de sustitución doble  Las  reacciones  de  doble  desplazamiento  o  sustitución  doble,    se  presentan  cuando  dos  compuestos  participan  en  una  reacción,  donde  el  catión  (+)  de  uno  de  los  compuestos se combina con el anión (‐) del otro.  Esta reacción se representa con la  siguiente ecuación general:                                  AB        +      CD                     AD      +      CB  Algunos ejemplos de estos tipos de reacciones son:       a)  La reacción del ácido muriático (HCl) con el sarro (CaCO3) que produce cloruro de  calcio (CaCl2), agua (H2O) y bióxido de carbono (CO2), este  gas se desprende y produce  la efervescencia.                    a)        HCl (ac)   +   CaCO3 (s)             CaCl2 (ac)   +  H2O (l)   +   CO2 (g)   b) Si se mezclan las soluciones acuosas transparentes de nitrato de plomo (II) y la de  yoduro de potasio, se lleva a cabo una reacción de doble desplazamiento, y al realizar  esta  reacción  se  produce  un  color  amarillo  debido  al  yoduro  de  plomo  (II)  que  se  produce, el cual también se precipitará por ser insoluble en agua:                             b)      Pb(NO3)2 (ac) + 2KI (ac)                       PbI2 (s) + 2KNO3 (ac)       El  desgaste  químico  resulta  por  las  reacciones  químicas  que  sufren  minerales  en  las  rocas principalmente con el aire, contaminación y el agua.    Las  gotas  de  lluvia  tienen  una  acidez  natural  debido  a  la  existencia  de  dióxido  de  carbono  (CO2)  que,  al  unirse  con  el  agua,  forma  ácido  carbónico    y  la  acidez  se  incrementa. Aunado a esto, el líquido entra en contacto con los precursores de lluvia  ácida (ácido nítrico H2SO4, y ácido sulfúrico HNO3, entre otros), derivados del azufre y  del nitrógeno y acelera el desgaste de estos . ¡Veamos las reacciones!    Formación de ácido carbónico : CO2 + H2O → H2CO3       Ecuación de síntesis.     Y  por  consecuente  el  carbonato  de  calcio  al  mezclarse  con  el  ácido  carbónico  incrementará la acidez:  CaCO3 + H2CO3  → Ca2+ + 2 HCO3                                             Ecuación de sustitución simple        105  Universidad CNCI de México   

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Cuan ndo  el  ácido o  sulfúrico  (lluvia  ácid da)  se  comb bina  con  caarbonato  dee  calcio,  fo orman  una ssolución  accuosa que a su vez son arrastradass por la corrriente de aggua.      H2SO O4 + CaCO3 == CaSO4 + H H2O + CO2                                p la  acideez  del  aguaa  de  lluvia,,  sino  El  grrado  de  daaño  está  deeterminado  no  sólo  por  tamb bién por la ccantidad dee flujo de aggua que unaa región de la superficiee recibe.    16.5.. Reaccione es de combu ustión  Como su mismo o nombre lo o dice combustión, cu uando se qu uema algo,  por ejemplo los  hidro ocarburos  (gasolina,  gas  g propan no,  butano o),  leña  o  la  glucosa  (azúcar).  Estas  reaccciones suceeden cuando una sustaancia se com mbina con  oxígeno y sse forman u uno o  más óxidos,  apaarte de agua y/o energgía en formaa de calor.   Ejem mplos:   En  laa  soldaduraa  cuando  see  utiliza  el  acetileno  a all  combinarsse  con  el  oxígeno  se  forma  f dióxiido de carb bono y aguaa. Esta reaccción libera  mucha eneergía de tall manera que se  funde el metal, se considerra que es un na reacción exotérmicaa:  

 

   

Prácctica 25  Instrrucciones: aanota el tipo o de reacció ón a la cual pertenecen n las siguien ntes ecuacio ones  quím micas.    Ecua ación CO2+ H20 Sn (s) + HCl (ac)

Tipo de re eacción H2CO3 SnCl2 (ac) + H2 (g)

Na+ ½ Cl2

NaCl

Zn + CuSO C 4

Cu + ZnSO4

2KClO O3 NaCl + AgNO3 C3H8 8 + 5O2

2KC Cl + 3O2 AgCl + NaNO3 3CO2 + 4H2O

 

         

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Sesión 11    Los temas a revisar el día de hoy son:    17. Conoce los métodos de balanceo de ecuaciones químicas        17.1. Método por tanteo o de ensayo y error  17.2. Balanceo por óxido‐reducción  (Redox      17. Conoce los métodos de balanceo de ecuaciones químicas    El  francés    Antoine  Lavoisier  (1734‐1794)  llevó  acabo  una  serie  de  estudios  cuantitativos  en  reacciones  químicas,  observando  en  ellos  que  la  masa  total  de  las  sustancias que reaccionan, era igual a la de aquéllas que se producen en la reacción.  Uno de los experimentos que realizó Lavoisier para descubrir la ley de la conservación  de la masa fue la descomposición del óxido de mercurio metálico y el gas de oxígeno,  pesó la cantidad de HgO que se descompuso y comprobó que ésta tenía el mismo peso  de los reactivos mercurio Hg y oxígeno O2 producidos.  Partiendo  de  las  observaciones,  Lavoisier,  en  1783  publicó  lo  que  actualmente  conocemos  como  Ley  de  la  conservación  de  la  materia,  cuyo  enunciado  es  el  siguiente:       “La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.     La Ley de la conservación de la materia es una ley de carácter universal, por lo que se  aplica  a  cualquier  transformación  o  cambio  químico  de  la  materia,  si  las  ecuaciones  químicas  representan  las  transformaciones  o  reacciones  de  la  materia,  entonces  las  ecuaciones deben cumplir también con dicha ley.    Para verificar si una ecuación cumple con la Ley de la conservación de la materia, se  cuenta  el  número  de  átomos  de  cada  elemento  que  aparece  en  los  reactantes  y  los  que  existen en  los  productos,  estos  números  deben  ser  iguales.  En  otras  palabras,  el  número  y  tipo  de  átomos  que  se  encuentran  presentes  en  los  reactivos  en  una  reacción química son los mismos que se encuentran en los productos, de ahí viene la  ley  de  conservación  de  los  átomos.  Lavoisier  realizó  una  contribución  especial  al  balanceo.    ¿Qué  es  el  Balanceo?,  pues  consiste  en  igualar  la  ecuación  indicada  colocando  adelante  de  cada  fórmula  un  número  entero  o  coeficiente.  El  número  que  se  coloca  corresponde  al  menor  número  de  moléculas,  o  de  las  agrupaciones  de  átomos  representativas  de  la  fórmula  empírica  del  compuesto  cuando  no  existen  verdaderas  moléculas, necesarias para que el proceso elemental tenga lugar.            107  Universidad CNCI de México   

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  En una ecuación balanceada debe haber la misma cantidad y clase de átomos tanto a  la izquierda de la flecha como a la derecha de la misma. ¡Veamos un ejemplo!  Ecuación química:       NaOH   +   HCl                         NaCl   +   H2O       Reactantes                              Productos   Na = 1                                      Na = 1   O  = 1                                       O  = 1   H  = 2                                       H  =  2   Cl = 1                                       Cl  = 1   Pero  ¿qué  pasa  cuando  una  ecuación  no  esta  balanceada?  En  este  caso  la  ecuación  debe ser sometida a un proceso de balanceo para lograr que ésta cumpla con la ley de  la conservación de la materia.  Se  conocen  varios  métodos  para  balancear  ecuaciones;  entre  los  más  comunes  tenemos: tanteo y óxido reducción (Redox).       17.1. Método por tanteo o de ensayo y error    La  palabra  tanteo  significa:  ensayar,  prueba  o  calcular  aproximadamente.  Con  este  método de tanteo, se puede balancear una ecuación; es decir, se cuentan los átomos  de un lado y al otro de la flecha de la reacción. Este método se utiliza generalmente  para  balancear  reacciones  sencillas,  donde  el  número  de  reactantes  y  productos  es  pequeño y fácil de manejar.     Si  observas  cuidadosamente  una  ecuación  química  no  balanceada,  como  la  que  se  presenta  a  continuación,  encontrarás  que  a  ninguna  de  las  moléculas  o  átomos  le  antecede un coeficiente:       __PbCl2   +   __Li2SO4                    __LiCl   +   __PbSO4        El valor del coeficiente, es el que debes encontrar durante el balanceo de la ecuación.   Para efectuar el proceso se sugieren los siguientes pasos:   a)  Identifica los átomos que están participando en la reacción.   b) Los números que aparecen como subíndice al lado de cada átomo, te dicen  cuántos  de  ellos  están  participando  en  la  reacción.  Si  el  átomo  no  tiene  subíndice, se sobreentiende que es 1; éste será tu punto de partida.   c)  Compara  el  número  de  átomos  en  cada  extremo  de  la  reacción  y  trata  de  igualarlos.   d)  Inicia  el  balanceo  con  los  átomos  que  sean  diferentes  al  hidrógeno  y  al  oxígeno.   e) Después balancea los átomos de hidrógeno.   f) Posteriormente, balancea los átomos de oxígeno.   108  Universidad CNCI de México   

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g) Finalm mente, com mpara la can ntidad de áttomos que  están presentes al lad do de  reactantes y producctos.       Notaa:  Para  ba alancear  un na  ecuació ón  deben  modificarse m e  los  coeficcientes,  NO O  los  subín ndices.    Veam mos algunoss ejemplos:  Ejem mplo 1              

 

 

c coeficient te

 

                                                                                   Ecuación balan nceada    

  Ejem mplo 2   

 

 

 

  Ajusttamos el O2 2 y lo multip plicamos por 2    

  Ecuaación balancceada  

 

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  Ejemplo 3 La descomposición de la urea

Para balancear únicamente duplicamos NH3 y así:

Ecuación balanceada: Como el número de átomos que hay en los reactivos es igual al de los productos, la reacción ya estará balanceada. Ya ves no es complicado, ¡sólo es cuestión de práctica!

      La reacción química cuando se quema el gas butano  en el encendedor es la siguiente:  C4H12+ O2                 CO2 + H2O    Las  sustancias  que  se  forman  son  dióxido  de  carbono  y  agua,  resultantes  de  una  combustión.  Esta  ecuación  está  desbalanceada,  los  átomos  antes  y  después  son  diferentes en cantidad. La ecuación correcta es la siguiente:   C4H12+   7O2                4 CO2 + 6H2O  Ahora sí ¡la cantidad de átomos  antes y después de la reacción son iguales!      

Práctica 26    Instrucciones:  intégrate  a  un  equipo  de  trabajo,  balancea  por  tanteo  las  siguientes  ecuaciones químicas y comenta los resultados con tus compañeros.  Ecuación

Ecuación balanceada

Na + Br2

NaBr

H 2 + O2

H2 O

Mg + HCl

MgCl2 + H2

Al + CI3 KMnO4 + HCl H2O + Cl2 Cu + HNO3

AlCI3 KCl + MnCl2 + Cu(NO3)2 + H2O + NO3

 

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17.2.. Balanceo por óxido‐rreducción  ((Redox)    El  oxxígeno  puede  produciir  muchas  reacciones  cuando  see  encuentraa  frente  a  otras  sustaancias, por ejemplo, qu ue se hagan n negras lass frutas o cu uando se oxxidan los ob bjetos  hech hos de fierro o. Óxido see le llama al compuesto formado  por un elem mento que  cede  electtrones y oxíígeno.    En  laa  antigüedaad  se  estud diaron  las  reacciones  de  elemen ntos  que  see  combinan n  con  oxígeeno  y  se  les  l llamó  reacciones  r de  oxidación,  pero  conforme  fue  pasand do  la  expeerimentación se descubrió que ottros elemen ntos no meetálicos tam mbién reacciionan  con  el  oxígeno,  consideran ndo  que  esstas  reaccio ones  son  similares  a  laas  de  oxidaación.  Ahorra  los  científicos  modeernos  llamaan  oxidació ón  a  cualqu uier  reacció ón  química  en  la  que u un elementto o compueesto cede eelectrones aa otra sustan ncia.    Una  reacción  de  d reducció ón  es  aquella  en  la  que  un  ellemento  gaana  uno  o  más  q si  un  elemento  gana  electtrones.  Se  puede  explicar  también  al  mencionar  que  electtrones, se vvuelve una ccarga negattiva mayor, es decir, see reduce,  yaa que el número  de oxxidación dissminuye.       Para  saber  quiéén  gana  o  pierde  p elecctrones  en  una  reacció ón,  comparra  el  número  de  valen ncias que tiiene cada u una de las ssustancias d de los reacttivos, con laas valenciass que  preseentan una vvez que son n convertidaas en produ uctos. El sigguiente recu uadro, te se ervirá  como o referenciaa para hacer dicha com mparación.                                                                                          Ganancia de electrone es                               ‐7 7, ‐6, ‐5, ‐4, ‐3, ‐2, ‐1, 0 0 +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7                                   Péérdida de electrones          ón  Redox  haay  un  elem mento  que  se  s reduce yy  otro  que  sse  oxida,  yaa  que  En  caada  reacció una  reacción dee este tipo d debe tener  un elemen nto que ced de electronees y otro qu ue los  acep pte. La estru uctura electrónica de ambos elementos camb bia durante la reacción.     Un aagente oxidante es la ssustancia q que gana ele ectrones en n una reaccción Redox,  es el  mateerial que se reduce, y aademás siempre va acompañada  de una oxid dación en laa que  debee haber un aagente redu uctor.     Un  agente  a redu uctor  es  la  sustancia  que  q pierde  electrones  en  una  reaacción  Redo ox,  es  decirr, es el mateerial que se oxida.                 111  Universsidad CNCI dde México   

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Identtifica cuál reeactivo se rreduce y cuáál se oxida e en la siguiente reacción.  

 

  La  eccuación  quíímica  y  los  números  de  d oxidació ón  o  valenccia  de  cada  elemento  en  la  reaccción,  son  el  punto  de  partida  pa ara  el  balan nceo  de  ecu uaciones  po or  el  métod do  de  óxido o‐reducción n o redox.       ere la  Para  balancear  una ecuación químicaa por el método de óxxido‐reducciión se sugie siguiente metod dología:  a) Ideentifica los átomos quee están participando en la reacció ón.                           Sn   ++   HNO3                         SnO2   +   NO2   +   H H2O   b)    Anota  A el  número  de  oxidación  que  le  corresponde  a  a cada  uno o  de  los  átomos  preseentes en la ecuación.                Sn0   +   H+11N+5O3‐2                         Sn+4O2‐2   +   N+4O2‐22   +   H2+1O‐‐2   c) Ideentifica al átomo que sse reduce (ggana electro ones) y realiza lo siguieente:  •  Con  ayu uda  de  unaa  semirreaccción  repre esenta  su  estado  e de  oxidación  como  c reactantte y como producto.   •  Iguala el número de átomos en ambos exxtremos de la semirreaacción.   ones  y  multtiplícala  po or  el  númerro  de  •  Calcula  cuál  fue  laa  variación  de  electro átomos q que tienes; anótala al lado de los reactantes..                   N+5                             N+4   +   1ee‐   112  Universsidad CNCI dde México   

 

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d) Identifica al átomo que se oxida (pierde electrones) y realiza lo siguiente:   •  Con  ayuda  de  una  semirreacción,  representa  su  estado  de  oxidación  como  reactante y como producto.   •  Iguala el número de átomos en ambos extremos de la semirreacción.   •  Calcula  cuál  fue  la  variación  de  electrones  y  multiplícala  por  el  número  de  átomos que tienes; anótala al lado de los reactantes.                                         Sn0                        Sn+4   ‐  4e‐    e)  Iguala  el  número  de  electrones  ganados  y  perdidos,  multiplicando  la  primera  semirreacción por el número de electrones obtenidos en la segunda semirreacción. La  segunda semirreacción la multiplicarás por el número de electrones de la primera.                         (N+5         N+4   +   1e‐)4              (Sn0        Sn+4  ‐   4e‐)              (4N+5     4N+4   +   4e‐)   0            (Sn           Sn+4   ‐   4e‐)4              4N+5   +   Sn0         4N+4   +   Sn+4       f)  El  resultado  obtenido  trátalo  como  si  fuera  una  suma;  en  ésta,  veremos  que  el  número de electrones se hace cero y sólo nos quedan las especies reaccionantes que  cambiaron su número de oxidación.    g)  En  esta  misma  ecuación,  veremos  que  los  reactantes  quedan  colocados  a  la  izquierda  de  la  flecha,  mientras  que  los  productos  quedan  hacia  la  derecha  de  la  misma.     El resultado obtenido nos permite iniciar el balanceo de la ecuación; este resultado nos  dice que al lado de los reactantes debemos tener cuatro N+5 y un Sn0, mientras que al  lado de los productos deberán aparecer cuatro N+4 y un Sn+4. Si colocamos estos datos  en la ecuación se observará lo siguiente:                     Sn0   +   4H+1N+5O3‐2                        Sn+4O2‐2   +   4N+4O2‐2   +   H2+1O‐2   h)  La  ecuación  puede  no  estar  totalmente  balanceada,  por  lo  que  deberás  concluirla  por tanteo, ajustando el número de átomos a partir de los datos que ya tenemos.                     Sn0   +   4H+1N+5O3‐2                           Sn+4O2‐2   +   4N+4O2‐2   +   2H2+1O‐2       i) Finalmente, comprueba que el número de átomos sea igual en los reactantes y en los  productos.          Reactivos                                 Productos        Sn=1                                        Sn=1        N = 4                                        N = 4        H = 4                                        H = 4        O = 12                                      O = 12   El término semirreación se utiliza para representar ecuaciones químicas incompletas;  en este caso, se utiliza para representar las variaciones en el número de oxidación de  las sustancias que se reducen o se oxidan.  113  Universidad CNCI de México   

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Las reacciones d de oxidació ón – reducciión o Redoxx son las reaacciones qu uímicas donde  está involucrado o un cambio o en el núm mero de elecctrones asocciado a un áátomo  determinado, cu uando este átomo o el compuesto o del cual fo orma parte se transform ma  desd de un estado o inicial a ottro final.    é importanccia tienen las reaccion nes Redox e en nuestra vvida?   ¿Qué •  Con ayu uda de estass reaccioness te puedess explicar po or qué se oxxidan los  metales o, por qué se destiñe lla ropa.   •  Gracias a ellas, es p posible fabrricar fuegos artificiales..   •  La comu unicación qu ue existe en ntre nuestraas neuronass son posiblles gracias aa  este tipo o de reaccio ones.   •  Los antisépticos y d desinfectantes tienen u una acción o oxidante qu ue permite  conservaar la salud.  •  En  la fo otosíntesis, donde las p plantas utilizzan la energgía del sol p para produccir  azucaress y oxígeno,, se transfieren electrones entre laas moléculaas por  reaccion nes Redox.    celular  dee  nuestro  cuerpo  ess  un  La  respiración  r proceeso  autom mático,  en  el  cual  utilizamos  u   los  prod ductos de la fotosíntesiss (azucares y oxígeno).    A  trravés  de  estas  rea acciones  en  e las  céllulas,   obtenemos  la  energía  e neccesaria  para a  que  el  cu uerpo   funciione  y  ha agamos  todas  nuestrras  activid dades  diarias.      

Prácctica 27  Instrrucciones: ccontesta lo q que a continuación se te indica, co on base en el conocimiento  adqu uirido duran nte esta sesión.     dentifica cuáál reactivo sse reduce yy cuál se oxida en lo que se te pressenta a  1.‐ Id continuación:    2.‐ Describe las diferencias entre agen nte oxidante e y agente rreductor:      3.‐ Balancea las siguientes reacciones mediante R Redox:       a HNO3  +  P  +  H2O                        H3PO4  +  N a) NO  b  C) H2SO4 + H2S                         SO b) O2 + S + H2O   O             114  Universsidad CNCI dde México   

 

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Sesión 12    Los temas a revisar el día d de hoy son:   18. EExplica los ccambios ene ergéticos en las reacciones químiicas  19. EEntalpía de reacción  20. EExplica el co oncepto de velocidad d de reacción n        20.1. Factorees que afectan la veloccidad de  reacción  Conoce el co onsumismo o e impacto o ambiental  21. C   18. EExplica los ccambios ene ergéticos en las reacciones químiicas   El  co oncepto  de  materia  es  e fácil  de  entender,  pero  p   el  dee  energía  ees  un  poco o  más  abstrracto.     Cuan ndo realizam mos alguna actividad fíísica gastam mos energía. Dentro dee nuestro cu uerpo  acon ntecen    reaacciones  químicas  qu ue  liberan  energía  paara  que  po odamos  realizar  nuesstras  activid dades  físicaas  o  inclussive  mentales.    Todass  las  transsformacione es  de  energía que se d dan en la naaturaleza so on estudiadas por la Te ermoquímicca, la cual e es una  ramaa que se enccarga de loss cambios d de calor asociados con las reaccion nes químicaas.       Por eejemplo, cuando se llevva a cabo laa combustió ón de la  gasolina y otro ccomestible,, se libera caalor en el proceso,  ual que dióxxido de carb bono y aguaa como prod ductos.  al igu Este calor liberaado puede u usarse para obtener otras  form mas de energgía.            nzar definam mos lo que es  un sistema, el cual es una partte especifica del  Antees de comen univeerso en el q que se encuentra la reaacción como o parte del eestudio.  

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  • Sistema abierto: es aquel que intercambia materia y energía con los alrededores durante un proceso. Por ejemplo un recipiente abierto que contiene gasolina y se quema y libera energía. Hay tres tipos de sistemas:

• Sistema cerrado: es cuando solamente se intercambia energía con los alrededores durante un proceso, por ejemplo una olla de presión que contiene agua y carne para su cocción, no permiten la salida de materia, pero hay intercambio de energía para calentar el agua y transformarla en vapor. • Sistema aislado: es el que no intercambia materia, ni energía con los alrededores durante el proceso, por ejemplo un frasco de Dewar cerrado (como un termo) o una hielera, si colocamos hielo y agua en el sistema Dewar, no podrá intercambiar materia con sus alrededores pues las paredes son aislantes de tal forma que el proceso del enfriamiento del agua se debe a la interacción con el hielo, los alrededores no intervienen.

    Las reacciones químicas son procesos que experimenta la materia, en los cuales hay un  intercambio de energía asociada. Cuando la energía de intercambio es energía térmica  hay un flujo de calor y se tiene una reacción termoquímica.    Con base en la absorción y liberación de energía térmica, las reacciones termoquímicas  se clasifican en:     • Reacciones endotérmicas. Son las que absorben calor de los alrededores cuando se llevan a cabo, por ejemplo aplicar tratamiento en una lesión del cuerpo. Algunas compresas contienen nitrato de amonio y agua, por separado, cuando entran en contacto ambas sustancias se producen este tipo de reacciones, en la cual absorbe calor la parte lesionada sobre la que se aplica.

 

 

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•Rea acciones exotérmic cas. Son las que e liberan calor a los alred dedores cu uando se llevan a cabo. Tod das las re eacciones de comb bustión son exotérmicas.  

  Al re eaccionar el butano, C4H10 con oxíg geno, O2, se e produce agua, H20, dióxido de carbono, CO2, y calor, c en esa reacción se genera g tanto o calor que se s emplea para p calentar agua o cocinar. Se ha producido p la combustión n del butano,, llamada así por p la aparic ción de llamas s:

          La  mayor  m partee  de  las  reacciones  químicas  de  interés  paara  el  ser  h humano,  qu ue  se  realizzan en labo oratorio y een los  seress vivos y en n la superficcie terrestre ocurren aa una  presiión  constan nte,  para  medir  m el  calor  involucrado  en  esstos  processos  se  utilizza  un  prop piedad llamaada entalpíaa (H).    e es  una  propiiedad  de  laa  termodin námica  quee  se  definee  como  el  calor  La  entalpía  transsferido o ab bsorbido po or un sistem ma cuando e este experim menta un proceso a prresión  constante  y  se  simboliza  con  la  letrra  H.  La  en ntalpía  además  es  una  propiedaad  de  estad do, lo que ssignifica que su valor ssólo depend de de los esstados  iniccial y final d de un  sistema. 

 

  “La energgía es la fue erza vital de e nuestra  ssociedad”  117  Universsidad CNCI dde México   

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  De  ella  dependen,  la  fotosíntesis  de  las  plantas,  la  iluminación  de  interiores  y  exteriores,  el  calentamiento  y  refrigeración  de  nuestras  casas,  el  transporte  de  personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, el funcionamiento  de las fábricas, etc.  Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran  la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar la madera.     Pero  la  gran  revolución  vino  con  la  máquina  de  vapor,  y  desde  entonces,  el  gran  desarrollo de la industria y la tecnología han cambiado, drásticamente, las fuentes de  energía que mueven la moderna sociedad.     Ahora,  el  desarrollo  de  un  país  está  ligado  a  un  creciente  consumo  de  energía  de  combustibles  fósiles  como  el  petróleo,  carbón  y  gas  natural.  Estos  combustibles  han  permitido  un  avance  sin  precedentes  en  la  historia  humana.  La  energía  cumple  un  papel fundamental en la vida, en todo lo que nos rodea, aunque no nos hacemos una  idea de lo que significa exactamente.                

Práctica 28    Instrucciones:  de acuerdo con la sesión vista, indica cuál de los siguientes cambios son  endotérmicos o exotérmicos y por qué.     Cambios

Tipo de cambio

¿Por qué?

a) Fusión del hielo b) Volatilización (sublimación) del hielo seco a temperatura ambiente c) Quema de basura d) Cocción de un huevo

  19. Entalpía de reacción    ¿Alguna  vez  te  habías  imaginado  que  la  energía  que  sale  o  absorbe  en  una  reacción  puede  determinarse?  Pues  sí,  es  posible  determinar  dicha  cantidad  de  energía  mediante una propiedad conocida como entalpía.     118  Universidad CNCI de México   

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Cuan ndo hablam mos de entallpía, H, deb bemos enfocarnos en los cambioss ( ∆H). Paraa que  suceda  una  reaacción  es  neecesario  su uministrar  energía  e con ntinuamentee.  La  energgía  se  de medir en n varias unid dades. Com múnmente se e utilizan laas unidades de caloríass (cal)  pued o kilo ocalorías (kkcal), pero een el Sistem ma Internaciional de Un nidades, se u utiliza en jo oule o  julio o el kilojulio (kj) y suss equivalenccias son las siguientes:   1cal = 4.184 J                                                1 1 kcal = 1,00 00 cal                                                1                                               1 1kj = 1,000 J                                                P Por lo tanto,, 1 kcal = 4.184kj                                                    Para  entender  mejor  la  entalpía,  vemos  v el  ejemplo  de  la  electrolisis  del  agua  (rom mpimiento de las molécculas de agu ua).  La en nergía necesaria para rrealizar la electrolisis d de cierta can ntidad de aggua es de 286 kj,  aproximadamen nte de este modo podeemos expresar la reaccción:           H2O + 286kkJ           H2 ++ 1/2O2    Y  si  quiero  realizar  r el  proceso  inverso  ,  es  decir  producir  agua  a  partir                                 de reeacciones de  hidrógen no y oxígeno o, tendríamos:              H2 + 1/2O O2          H2O + 286kJ  O             Para  que  esta  reacción  r succeda  se  req quiere    de  una  pequ ueña flama  que provoq que una exxplosión  y  una  gran  cantidad  de  d energía  térmica  lib berada:  286 6  kJ.  or el  En un sentido es una reaccción endotéérmica y  po otro  exotérmicaa. La reacción entre ell H2 y el O2, es  y libera  grran  cantidaad  de  energía   muy  violenta  y  térm mica.      Esta  energía  lib berada  o  absorbida  se  puede  descubrir  si  conocemo os  el  cambiio  de  c med diante  una  resta:  la  entalpía  de  los  entalpía  durantte  la  reaccción  y  se  calcula  prod ductos meno os la entalp pía de los re eactivos.                                                ΔH0f. = ΔH0(P Productos) ‐‐ ΔH0(Reacttivos)    El  sím mbolo  ΔH0f.  se  lee  co omo  entalp pía  estándaar  de  form mación  o  también  conocida  como o  calor  de  formación n  y  represeenta  la  ene ergía  liberada  o  absorbida  por  cierta   c cantiidad  de  materia  m   en  e la  form mación  de  un  compu uesto,  en  condicione es  de  temp peratura igu uales a 1 atmósfera (attm) y 25ºC respectivam mente. La entalpía estáándar  de fo ormación  see mide en kkJ/mol.   

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Es im mportante aaclarar que  en una reacción sólo p puede medirse un cam mbio de entalpía,  ya qu ue no es po osible deterrminar un vvalor absolu uto y puntaal de la entaalpía (Hº), p por lo  0 que p para calculaar  ΔH f    de  una reacció ón se tiene::   0 0                                       ΔH f reacc  = ΔH f (productos)) ‐ ΔH0f  (reaactivos)  r mplos:   Ejem C(s) ++ O2(g)          CO2(g)     Δ Δ Hf0 = – 393 3,13 kJ/moll  0 H2(g)) + ½ O2(g)           H2O(l))                     Δ Hf  = – 285,8 kJ/mo ol     oductos pod dremos saber la entalp pía de  Si conocemos laas entalpíass de los reacctivos y pro nergía requ uiere una re eacción end dotérmica o o cuanta en nergía  reaccción o sabeer cuánta en libera  una  reaccción  exotéérmica.  Los  valores  de e  entalpías  de  formacción  de  mu uchos  comp puestos  se  encuentraan  en  tablaas  que  noss  ayudan  a  a calcular  los  cambio os  de  entalpía en unaa reacción q química.   

  Si  ob bservas  la  tabla,  la  entalpía  e esttándar  de  formación  más  estab ble  de  cuallquier  elem mento es cerro, puesto q que no se reequiere unaa reacción d de formació ón si el elem mento  se en ncuentra en n su estado estándar. O Otra cosa e es que much hos compuestos prese entan  0 un  valor  v ΔH f      negativo,  lo  l que  mue estra  que  la  formació ón  de  estoss  compuestos  es  exotérmica.     Para medir los ccambios de entalpía dee una reacción empleamos la sigu uiente ecuacción:   ΔH0f  = ∑ (ΔH0f productos) –  ∑ (ΔH0f  reactivos) Para  realizar  lo os  cálculos  debemos  considerar  los  coeficientes  que  balancean n  una  0 ecuación químicca y multiplicarlos por ΔH f  del co ompuesto, ssegún correesponda.    Ejem mplo:    Calcu ular el camb bio de entallpía de la sigguiente reacción química.   CH4 +  2O +                     CO2 + 2H2O  2 A partir de los d datos de la ttabla tenem mos:    ΔH0f CH4   = ‐74.9 KJ/ mol  ΔH0f 2O2   = 0 KJJ/ mol  ΔH0f CO2    = 393.51 KJ/ moll   ΔH0f H2 O   = 241 1.83 Kj/mol    120  Universsidad CNCI dde México   

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Por lo tanto:  ΔH0f  = ∑ ΔH0   (CO2 + 2H2O) –  ∑ ΔH0f  (CH4 +  2O2)   ΔH0f  = [ ( 393.51 KJ/mol)  + 2 (241.83KJ/mol) ] ‐  [ (74.87KJ/mol) +  2(0KJ/mol) ]   ΔH0f  = ‐877.17 KJ/ mol + 74.87KJ/mol = ‐802.3     Esta reacción es exotérmica    En un ambiente acondicionado por su hermeticidad (congelador o cámara frigorífica)  las  cosas  guardadas  ceden  energía  (bajando  su  temperatura)  a  través  de  un  intercambiador  de  calor  llamado  evaporador,  se  dirigen  hacia  el  fluido  refrigerante  y  propician  su  cambio  de  estado  líquido  a  gas  (líquido  hirviendo),  el    gas  a  su  vez  de  acuerdo a la disposición del circuito cede energía (bajando la temperatura del fluido) al  medio  ambiente  exterior  (el  aire  que  nos  rodea)  a  través  de  otro  intercambiador  de  calor llamado condensador.      

                Práctica 29    Instrucciones: con base en las tablas de entalpías estándar de formación, realiza  ejercicios de cambios de entalpía e indica en cada problema si son exotérmicos o  endotérmicos.    a) 2NO +  O2                  2NO        b) 2C2H6(g)      +      7 O2(g)                                  4CO2(g)    +    6H2O (g)                   

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20. EExplica el co oncepto de velocidad d de reacción n  ¿Cuáánto tiempo o requiere u una reacción n para llevarse a cabo??    Algunas  reaccio ones  ocurreen  súbitameente    como o  aquella  en  e la  que  sse  forma  aggua  a  partir de H2 y O2,        o aque ella reacción n cuando  e estalla  dina mita, pero otras reaccciones  2 requieren  de  un  tiempo  más  m largo,  por  ejemp plo,  la  reaccción  que  acontece  cu uando  disueelves  una  tableta  t eferrvescente  en  e agua.  Aq quí  ocurre  una  reacció ón  en  la  qu ue  se  libera dióxido d de carbono,  por eso la  disolución  burbujea vvigorosamen nte y no de eja de  moveerse de inm mediato, sino o que tomaa unos minu utos.     El heecho de quee existan reacciones lentas y rápid das,  nos lleva a intuiir que existee un parám metro que m mide  oce  como  velocidad  de  la  veelocidad    y  se  cono reaccción.     química quee estudia la  rapidez de e las  La raama de la q reaccciones quím micas y los ffactores relacionados q que  la afeectan es la C Cinética Qu uímica.     La  rapidez  de  una  reaccción  química  puede  ser  determinada  a  a partir  dee  la  dismiinución  en  la  conccentración  de  d los  reacctivos  o  bieen  midiendo o  el  aumeento  en  la  concentraación  de  los  producto os  a  travéés del tiemp po.     La cinética quím mica abordaa el estudio o de las reacciones quíímicas desd de la perspe ectiva  de una teoría de colisioness. La teoría  de colision nes  estableece: “Para q que una reaacción  se reealice es neccesario que los átomoss o moléculaas  entren een contacto o o choquen n para  que sse rompan los enlaces químicos que los unen n y se formeen  nuevos eenlaces”.     e n todas  las  colisioness  son  eficaaces  para  laa  formación no  n  de  produ uctos,  Sin  embargo,  aqueellas que lo son se debee a que las m moléculas ccolisionan con la orienttación corre ecta y  con lla energía d de activació ón suficientee, como su nombre lo indica esta energía  iniicia la  activvidad en unaa reacción q química.  

 

           

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La  en nergía  de  activación  a s puede  su se  uministrar  con  una  chispa,  frottación,  flam ma  o  por  raadiación,  en ntre  otrass formas.    Por eejemplo, ¿q qué se requ uiere para lllevar a cabo o la  comb bustión del gas que contiene un eencendedorr?    Como  es  una  reacción  de  d combusstión,  pues se  requiere  necesariamente  oxígeno,  pero  p el  hecho  que eel oxígeno eentre en contacto con el encende edor  no provoca la reeacción quím mica.     Entonces se tendría que geenerar una cchispa mediante el frottamiento deel dispositivvo  que ttiene el enccendedor paara provocaar la reacció ón química d de combusttión.     que afectan n la velocidaad de reacción  20.1.. Factores q   ¿Sab bías que pod demos modificar la velo ocidad de laas reaccionees químicass?    Podeemos  hacerr  que  sea  más  m rápida  o  más  len nta  según  nuestras  n neecesidades,  sin  perder de vista la naturalezza de los reaactivos.    n la rapidez de una reaacción química como so on:  Existen varios faactores que influyen en •   Naturalleza de los rreactivos.  •   Tamaño o de las parrtículas.   •   Temperratura.   •   Concen ntración de los reactivo os.   •   Catalizaadores.   •   Luz.     uraleza de lo os reactivos  Natu   Algunas sustanccias reaccio onan más ráápido que o otras, esto  hecho se reelaciona co on la  uctura de laa sustancia. Por ejemplo, cuando rreacciona el sodio mettálico y el aggua,  estru lo  haacen  muy  rápido,  r aun  cuando  see  usa  en  cantidades  pequeñas  dee  sustancias  se  produce una reaacción explo osiva.    Por eel contario,  los metales como el aaluminio, qu ue se usa para la orillaa de las pue ertas  y ven ntanas de baño, no reaacciona con el agua de lluvia, este metal casi no se corro oe, y  si  lo  hace,  será  lentamentte  para  form mar  una  liggera  capa  de  óxido  que  más  bien n  les  sirvee de proteccción al resto o del materiial para que e no se siga oxidando.              123  Universsidad CNCI dde México   

 

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Tamaaño de las p partículas  ¿Algu una  vez  en  la  práctica  de  lab boratorio  has  triturrado  en  un  u morterro  las  susstancias  qu ue  utilizzarás?  Esto  es  para  favvorecer  que  la  reacció ón  sea m más rápida. Para que laas sustanciaas reaccione en  es    necesario  n que  las  molééculas  colissionen  y  esto  se logra teniend do trozos muy pequeño os, porque se  tienee  mayor  árrea  de  con ntacto  para  colisionar  y  form mar producto os.      Temperatura  Un aaumento en n la temperatura provo oca un aum mento en la velocidad  de la reaccción.  Por  ejemplo,  cuando  c coccinas,  aceleeras  la  cocción,  es  deecir,  aumenta  la  ene ergía  cinéttica de las m moléculas y por consiguiente, los choques en ntre las parttículas son más  eficieentes y máss frecuentess.     Otro ejemplo so on las reaccciones bacteerianas que e conducen  a la descom mposición d de los  alimeentos,  éstas  se  llevan  a  cabo  con n  mayor  raapidez  a  tem mperatura  ambiente  que  q a  temp peraturas  heladas,  h pu ues  el  hecho  de  intrroducir  los  alimentos  al  refrigerador  retarrda las reacciones quím micas y la deescomposicción natural.     Con  esta  acció ón  disminu uimos  su  temperatur t damos  la  vvelocidad  de  d la  a  y  retard n. La velocid dad de una reacción se e duplica en n general ap proximadam mente  descomposición por ccada 10ºC q que aumentta la temperratura.    Conccentración d de los reacttivos    ndo  una  so olución  estáá  concentraada  tiene  una  u mayor  cantidad  d de  soluto  y  y por  Cuan consiguiente, haay un númeero mayor d de moléculaas disponiblles que producen un m mayor  número de colissiones.     Si al efectuar un na reacción química usas soluciones  or número de moléculas  conccentradas, ccon un mayo que  colisionen,  se  formaráán  más  rápidamente  los  productos.  Porr  el  contraario,  si  son  soluciones  diluid das  habrá  menos  moléculas  m que  puedaan  colisiionar y la reeacción seráá más lenta.        S Soluto Solvente               124  Universsidad CNCI dde México   

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Catalizadores  Los ccatalizadore es son sustaancias que aayudan a accelerar la veelocidad de  las reaccio ones  quím micas,  y  aq quellas  quee  entorpeccen  la  vellocidad  dee  la  reacción  se  llam man  inhib bidores, los cuales no sson catalizadores. 

  Los  catalizadore c es  en  una  reacción  r no o  modifican n  su  estructtura  internaa,  por  lo  qu ue  no  form man  parte  de  d los  prod ductos.  Un  ejemplo  de e  catalizador  es  el  óxxido  mangánico  MnO O2, el cual see emplea een la descom mposición d del agua oxigenada. El  agua oxige enada  se pu uede almaccenar por m mucho tiemp po, ya que ssu descomp posición es  muy lenta, pero  si le aagregamos el MnO2, see acelerará.    

    Los  catalizadore c es  en  una  reacción  r no o  modifican n  su  estructtura  internaa,  por  lo  qu ue  no  form man  parte  de  d los  prod ductos.  Un  ejemplo  de e  catalizador  es  el  óxxido  mangánico  MnO O2, el cual see emplea een la descom mposición d del agua oxigenada. El  agua oxige enada  se pu uede almaccenar por m mucho tiemp po, ya que ssu descomp posición es  muy lenta, pero  si le aagregamos el MnO2, see acelerará.     En  lo os  seres  viivos    los  catalizadore c es  más  importantes  son  s las  en nzimas,  que e  son  proteeínas con un papel fun ndamental een los proce esos químico os de las céélulas.     Segu uro alguna vvez has escu uchado quee algunas pe ersonas tienen problemas para d digerir  la lecche entera,, ya que el  azúcar de lla leche llam mada lacto osa requieree de una en nzima  llamaada lactasa para metabolizarla, peero hay perrsonas que no produceen lactasa y al no  podeer  ser  digerida  la  lech he  causa  malestares  m y  la  solució ón  es  conssumir  productos  deslaactosados.     Luz   Hay reacciones que en la o oscuridad so on muy lenttas, como p por ejemplo, la combinación  del  hidrógeno  h c el  cloro con  o.  La  luz  solar  acelera  la  reacción n  de  modo  tal,  que  a  la  luz  solarr directa, la reacción see hace explo osiva.           125  Universsidad CNCI dde México   

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Lo mismo ocurre en la formación de azúcares por los vegetales verdes a partir del agua  y el dióxido de carbono en la fotosíntesis. Ocurre lo mismo con la descomposición de  sustancias poco estables, por tal motivo se envasan en recipientes que impidan el paso  de la luz, como los alimentos.    Si  sabemos  cómo  influye  cada  uno  de  estos  factores  es  posible  controlarlos  y  lograr  que una reacción química sea más rápida o más lenta de acuerdo a nuestros intereses.     

Práctica 30    Instrucciones: contesta lo que se te indica.  1.‐  Imagina que en la mañana te dispones a desayunar,  te vas a preparar un chocolate  con leche. Al momento de agregar el chocolate en polvo en la leche, se forman grumos  y no se disuelve bien.      ¿Qué harías para que se disuelva bien y no se formen grumos?      ¿Qué factores consideras que están influyendo en que no se disuelva?      2.‐  Averigua    cuáles  2  reacciones  de  tu  entorno  son  convenientes  retardarlas  o  acelerarlas y por qué.   a)      b)      3.‐ Investiga una reacción química en la industria donde se utilice un catalizador. 

    21. Conoce el consumismo e impacto ambiental  En  nuestra  sociedad,  todos  somos  consumidores.  Tenemos  necesidades  y  éstas  se  deben  cubrir  con  determinados  productos.  Las  personas  que  viven  en  los  países  desarrollados  y  subdesarrollados  formamos  parte  de  lo  que  se  ha  dado  en  llamar  sociedad de consumo. Es decir, vivimos en una sociedad en la que comprar y consumir  son actividades cotidianas que no dejan de aumentar.     El consumo desenfrenado de bienes y servicios se conoce como consumismo.     Los  ciudadanos  acumulamos  objetos  innecesarios  para  nuestra  vida  diaria.    La  publicidad  es  una  de  las  culpables  de  este  hecho,  su  poder  es  enorme.  Vivimos  en  muchos casos sometidos a ella, condicionando lo que compramos y nuestra forma de  actuar.  Es  de  vital  importancia  desarrollar  una  actitud  crítica  ante  la  publicidad,  intentando no caer en el consumismo, y no dejarnos llevar por modas o marcas.   126  Universidad CNCI de México   

Talller de Q Química II 

 

Semana  1 y 2

 

Y  es  que  el  co onsumo  dessmesurado  de  los  reccursos  de  nuestro  n plaaneta  planttea  la  neceesidad de im mplantar un desarrollo o sostenible e, basado en n la explotaación contro olada.  No  se  s puede  seguir  s en  una  u   sobreeexplotación n  del  planeeta  basada  en  el  beneficio  econ nómico o en n el puro bieenestar inco onsciente.  “Los recursos dee la Tierra son limitado os”.     onsumo  ressponsable  es  e un  conccepto  defen ndido  El  co por  organizacio ones  ecológgicas,  sociaales  y  polítticas,  ellos  consideran  que  los  seres  hum manos  debe emos  biar nuestro os hábitos d de consumo o, ajustándo olos a  camb nuesstras necesidades realees y optando o en el merrcado  por  opciones  que  q favoreezcan  la  co onservación n  del  dad social. medio ambientee y la iguald       del modelo o consumistta   Conssecuencias d  Echeemos  un  rápido  r vistazo  a  las  consecuen ncias  de  ésste  modelo o  consumissta  y  derro ochador. 

Hac ciendo una es squemática relación de prob blemas amb bientales, los s más imp portantes de ellos seríían:

• Efecto o invernadero o o calentam miento del pla aneta por ell uso excesiv vo de combus stibles fósiles s. • Reduc cción de la capa de ozo ono, protecto ora de los rayos r solares nocivos. • Aume ento de enffermedades respiratorias s, de la piel y cancero osas por la po olución atmos sférica. • Reduc cción drástica a de la supe erficie natura al y arbolada a del planeta a. • Explottación abusiv va de los recursos naturales: minería, tala, turismo de masas, etc. • Disem minación de residuos altamente tóx xicos (dioxina as y furanos s). • Prolife eración de vertederos. • El peligro nuclear. • Agotamiento de rec cursos energ géticos. • Deterioro de la salud s debido a la alimen ntación industrial (pollos con c dioxinas, vacas locas s, etc.).

    Por  ejemplo,  laa  liberación n  de  gases  invernadero,  como  el  e CO2  es  responsable  del  calen ntamiento  global.  Porr  otra  partte,  la  liberración  de  clorofluoroc c carbonos  (CFCs)  provoca la destrrucción de la capa de o ozono. Pero o además, la destrucció ón de la cap pa de  ozon no, provoca  el paso dee radiación  ultravioletaa  (UV) y esta mayor in ncidencia de UV,  afectta  y  modificca  las  poblaciones  de  fitoplancto on  (organism mos  vegetaales  flotante es  en  los m mares que reealizan la fo otosíntesis)..   127  Universsidad CNCI dde México   

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Reduciendo la capacidad de absorción de dióxido de carbono de los océanos. Este es  un vínculo entre la destrucción de la capa de ozono y el efecto invernadero.    La perturbación del clima en la tierra ha tenido respuesta de diversos países, los cuales  formaron la Convención del Cambio Climático, durante la Cumbre del la Tierra, que se  celebró en 1992 en Rio de Janeiro, Brasil, bajo los auspicios de la Organización de las  Naciones Unidas.    Esta  convención  estableció  objetivos  a  largo  plazo  con  el  fin  de  estabilizar  las  concentraciones atmosféricas de los gases del efecto invernadero en niveles donde sea  posible  prevenir  una  interferencia  antropogénica  peligrosa  para  el  sistema  climático.  Así mismo los países desarrollados involucrados establecieron metas voluntarias para  reducir  las  emisiones  en  un  lapso  de  10  años  (1990‐2000),  pero  pocos  cumplieron.  Debido a este fracaso, se reconoció que era necesario un esfuerzo mayor.     Para  1997  varios  países  negociaron  el  Protocolo  de  Kioto,    el  cual  es  el  instrumento  más  importante  destinado  a  luchar  contra  el  cambio  climático.  Contiene  el  compromiso  asumido  por  la  mayoría  de  los  países  industrializados  de  reducir  las  emisiones de algunos gases de efecto invernadero, responsables del recalentamiento  del planeta, en una media de un 5 %. El plazo para su cumplimento termina en el año  2012.     Como  bien  mencionamos    los  recursos  existentes  son  limitados,  el  desarrollo  de  la  tecnología  no  es  ilimitado,  la  biosfera  no  tiene  capacidad  absoluta  para  asumir  las  consecuencias de nuestras acciones.    El  modelo  basado  exclusivamente  en  el  crecimiento  económico  no  sirve  ante  estas  nuevas amenazas. Para incrementar su riqueza, los países no desarrollados no pueden  imitar  el  camino  que  tomaron  antes  los  países  industrializados,  ya  que  acabaríamos  con el planeta. Pero tampoco se puede permitir que vivan en una situación precaria.    El desarrollo sostenible es el que permite satisfacer nuestras necesidades actuales sin  comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las suyas. Esta  definición  fue  empleada  por  primera  vez  en  1987  en  la  Comisión  Mundial  del  Medio  Ambiente de la ONU, creada en 1983.    Te toca a ti informarte, conocer, razonar y discernir para que colabores con tu granito  de arena y hagas de la ciencia y la tecnología un viaje maravilloso y sostenible.                     128  Universidad CNCI de México   

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Práctica 31    Instrucciones: realiza la siguiente lectura, una vez que hayas leído el artículo, reúnete  en equipo y discute la información analizada con tus compañeros, dando respuesta a  las preguntas que se encuentran al final.    Calentamiento Global y Cambio Climático   El  cambio  climático  es  el  aumento  paulatino  de  la  temperatura  media  del  planeta,  producto de una mayor concentración de gases de efecto invernadero por la quema de  combustibles  fósiles.  Este  fenómeno  ha  incrementado  la  temperatura  del  planeta  y  provocado los años más calurosos en la historia de la humanidad en la última década.    El  Cambio  Climático  Global,  se  atribuye  directa  o  indirectamente  a  las  actividades  humanas,  que  alteran  la  composición  global  atmosférica,  agregada  a  la  variabilidad  climática natural observada en periodos comparables de tiempo.     El  principal  cambio  se  ha  dado  en  la  atmósfera,  con  una  evidente  variación  en  el  balance de gases que la conforman, especialmente en gases invernadero claves como  el Bióxido de Carbono (CO2), Metano (CH4) y óxido nitroso (N2O).    Estos gases naturales permanecen en la atmósfera y son vitales, ya que permiten que  la tierra permanezca con una temperatura adecuada, sin ellos la temperatura mundial  sería  30°C  más  baja.  Actividades  como  la  quema  de  carbón,  petróleo  y  gas  natural  hacen  que  la  concentración  de  CO2  aumente  en  la  atmósfera;  la  tala  de  bosques  y  quema de madera reducen la absorción de CO2 realizado por los árboles y plantas. La  crianza  de  bovinos  y  la  plantación  de  arroz  generan  metano,  óxidos  nitrosos  y  otros  gases invernadero.     Si el crecimiento de la emisión de gases invernadero se mantiene en el ritmo actual, los  niveles en la atmósfera llegarán a duplicarse, causando severos cambios en el esquema  climático del planeta.  El aumento de temperatura del planeta está teniendo efectos expansivos, los patrones  de lluvia y viento continuarán cambiando siendo cada vez más extremosos; el nivel del  mar podría subir y amenazar islas y áreas costeras bajas; aun un pequeño aumento de  temperatura  puede  causar  un  aumento  dramático  de  muertes  debido  a  eventos  de  temperaturas  extremas;  el  esparcimiento  de  enfermedades  tales  como  la  malaria,  dengue y cólera; sequías, falta de agua y escasez de alimentos.     En México, según los científicos y expertos, de no controlar el calentamiento global, el  panorama en 25 años será devastador porque los desiertos habrán ganado terreno en  el norte y el sur será víctima de grandes inundaciones. Se destaca también el hecho de  que  estos  cambios  no  tienen  retroceso  y  que  van  en  aumento,  y  en  cuyas  consecuencias  se  debe  incluir  la  desertificación  y  pérdida  de  suelo  agrícola  y  por  consecuencia la escasez de alimentos.  A  su  vez,  las  implicaciones  del  cambio  climático  global  y  las  respuestas  de  los  ecosistemas,  pueden  traducirse  en  desequilibrios  económicos,  en  impactos  directos  sobre  seres humanos  como  en  el caso  de  la  expansión  de  enfermedades  infecciosas,  129  Universidad CNCI de México   

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Semana 1 y 2

 

además de inundaciones de terrenos costeros y ciudades, tormentas más intensas, la  extinción de incontables especies de plantas y animales, fracasos en cultivos en áreas  vulnerables, aumento de sequías, etc.       a) ¿Cuál  es  la  relación  que  existe  entre  la  emisión  de  bióxido  de  carbono,  metano  y  otros gases con el calentamiento global?       b)  ¿Cuáles  son  los  principales  generadores  de  emisiones  de  bióxido  de  carbono  a  la  atmósfera?        c) ¿Qué se puede hacer para evitar dicho problema?           d)  ¿En  este  momento  realizo  acciones  que  dañan  al  medio  ambiente?  ¿Soy  consumista?        e) ¿Qué relación tiene el consumismo desenfrenado con el daño al medio ambiente?     

130  Universidad CNCI de México