Quimica II Con Enfoque en Competencias

El contenido que aborda esta obra es: la noción del mol en los procesos químicos del entorno, la contaminación del aire, agua y suelo, la utilidad de los sistemas dispersos, los compuestos del carbono en la vida diaria y las macromoléculas naturales y científicas.

Química II

La química es una ciencia que forma parte de nuestra vida diaria, sin embargo, no siempre somos conscientes de que convivimos con ella diariamente. Química II se dirige a los estudiantes del segundo semestre de bachillerato con la finalidad de que, a través de métodos y procedimientos experimentales, comprendan, interpreten, analicen, reflexionen, argumenten e investiguen aspectos básicos para la resolución de problemas químicos cotidianos.

Lembrino Rivera

Campo ciencias experimentales

Nuestro enfoque editorial está basado en el diseño de actividades que permiten a los lectores el desarrollo de las competencias definidas en el Programa de estudios de la Dirección General del Bachillerato (DGB), como evaluaciones diagnósticas, autoevaluaciones, prácticas, retos, etcétera.

Segundo semestre

Química II Imelda Luz Lembrino Pérez Georgina Rivera Álvarez

Segundo semestre

Química II

Química II Imelda Luz Lembrino Pérez Georgina Rivera Álvarez

ERRNVPHGLFRVRUJ

Australia • Brasil • Corea • España • Estados Unidos • Japón • México • Reino Unido • Singapur

Química II Imelda Luz Lembrino Pérez/ Georgina Rivera Álvarez Presidente de Cengage Learning Latinoamérica: Fernando Valenzuela Migoya Gerente editorial para Latinoamérica: Patricia La Rosa Gerente de procesos para Latinoamérica: Claudia Islas Licona Gerente de manufactura para Latinoamérica: Raúl D. Zendejas Espejel Coordinadora de producción editorial: Abril Vega Orozco Coordinador de manufactura: Rafael Pérez González Editores: Pablo Miguel Guerrero Timoteo Eliosa García Diseño de portada: Studio 2.0 Imagen de portada: Dreamstime Composición tipográfica: Rogelio Raymundo Reyna Reynoso

Impreso en México 1 2 3 4 5 6 7 15 14 13 12

© D. R. 2012 por Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., una Compañía de Cengage Learning, Inc. Corporativo Santa Fe Av. Santa Fe núm. 505, piso 12 Col. Cruz Manca, Santa Fe C.P. 05349, México, D.F. Cengage Learning™ es una marca registrada usada bajo permiso. DERECHOS RESERVADOS. Ninguna parte de este trabajo amparado por la Ley Federal del Derecho de Autor, podrá ser reproducida, transmitida, almacenada o utilizada en cualquier forma o por cualquier medio, ya sea gráfico, electrónico o mecánico, incluyendo, pero sin limitarse a lo siguiente: fotocopiado, reproducción, escaneo, digitalización, grabación en audio, distribución en Internet, distribución en redes de información o almacenamiento y recopilación en sistemas de información a excepción de lo permitido en el Capítulo III, Artículo 27 de la Ley Federal del Derecho de Autor, sin el consentimiento por escrito de la Editorial. Datos para catalogación bibliográfica: Lembrino Pérez, Imelda Luz y Georgina Rivera Álvarez Química II ISBN-13: 978-607-481-767-6 ISBN-10: 607-481-767-7 Visite nuestro sitio en: http://latinoamerica.cengage.com

Contenido general Presentación institucional

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Presentación

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Bloque I Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno ¿Qué es la estequiometría? El mol y las masas atómicas El mol y las masas moleculares Composición porcentual Fórmula mínima o empírica Fórmula verdadera o molecular Leyes ponderales de las combinaciones químicas Ley de la conservación de la masa Ley de las proporciones constantes o definidas Ley de las proporciones múltiples Ley de las proporciones recíprocas o ley de RichterWenzel Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos Cálculos estequiométricos Cálculos mol-mol Cálculos estequiométricos masa-mol Cálculos estequiométricos masa-masa Relación masa-volumen Cálculos mol-volumen Cálculos masa-volumen Reactivo limitante Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Instrumento de evaluación: Guía de observación

Bloque II Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo Contaminación del agua, del aire y del suelo Pero ¿qué es la contaminación? Contaminación del agua ¿De dónde procede la contaminación del agua?

2 7 9 10 11 12 13 15 16 18 18 20 21 21 22 24 25 27 27 28 29 38 39

40 44 46 47 48

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Química II

Causas de la contaminación del agua ¿Cómo afecta a nuestra salud la contaminación del agua? Contaminación del aire ¿Cuáles son los principales contaminantes del aire? Contaminación del suelo Tipos de contaminación Contaminantes antropogénicos primarios y secundarios Contaminación del agua Contaminantes del agua Contaminantes de agua y aire Reacciones químicas Capas de la atmósfera Inversión térmica Esmog Lluvia ácida Efecto invernadero

49 49 49 50 50 51 52 55 55 55 56 57 57 57 58 58

Bloque III Comprende la utilidad de los sistemas dispersos

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Clasificación de la materia Sustancias puras Compuestos Mezclas Métodos de separación de mezclas Disoluciones ¿Cuándo utilizamos las disoluciones? ¿Qué son las disoluciones? Clasificación de las disoluciones Disoluciones, coloides y suspensiones Importancia de la concentración de las disoluciones Ácidos y bases Algunas teorías ácido-base Fuerza de ácidos o bases ¿Qué es el pH? ¿Qué es un indicador de pH? Instrumento de evaluación: Guía de observación Instrumento de evaluación: Guía de observación Instrumento de evaluación: Lista de cotejo

70 71 72 72 75 78 78 79 80 82 85 94 96 97 98 99 113 114 115

Bloque IV Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria Reseña histórica Importancia de la química orgánica

116 119 119

Contenido

Características del carbono Propiedades Estado natural Usos de los compuestos de carbono Configuración electrónica Tipos de fórmulas Tipos de cadenas Hibridación del carbono Geometría molecular La química de los compuestos de carbono Isomería Isomería estructural o plana Estereoisomería Configuraciones y conformaciones Hidrocarburos ¿Qué es un grupo funcional? Grupos funcionales Alcanos Nomenclatura de alcanos Radicales alquilo Alquenos Nomenclatura de alquenos Alquinos Nomenclatura de alquinos Hidrocarburos cíclicos Compuestos aromáticos Halogenuros de alquilo Alcoholes Aldehídos Cetonas Éteres Nomenclatura de éteres Ésteres Aminas Nomenclatura de aminas Nomenclatura de aminas secundarias Aminas como sustituyentes Importancia ecológica y económica de los compuestos de carbono Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Instrumento de evaluación: Guía de observación Instrumento de evaluación: Lista de cotejo

Bloque V Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas Macromoléculas naturales

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120 121 121 122 122 123 124 125 125 128 128 129 129 130 132 134 135 136 137 137 140 140 142 142 144 146 147 148 151 151 152 152 153 154 155 155 155 157 161 162 163

164 169

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Química II

Carbohidratos Definición y clasificación Función de los carbohidratos Lípidos Clasificación de los lípidos Alimentos que producen colesterol Función de los lípidos Composición química de las proteínas Clasificación de las proteínas Aminoácidos esenciales y no esenciales Estructura de las proteínas Requerimientos diarios de proteínas Enzimas Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Instrumento de evaluación: Guía de observación

170 171 172 175 176 179 180 181 181 183 186 187 188 198 199

Presentación institucional Estimado Profesor: Hoy en día los jóvenes para ser exitosos tienen que ser personas reflexivas, capaces de desarrollar opiniones personales, interactuar en contextos plurales, asumir un papel propositivo como miembros de la sociedad a la que pertenecen, discernir sobre lo que sea relevante y lo que no, plantear objetivos de manera precisa e informada, seleccionar información en el amplio universo que existe, de acuerdo con ciertos propósitos, y además estar en posibilidades de actualizarse de manera continua. Sabemos que existe una gran diversidad entre los jóvenes que asisten al nivel bachillerato. Cada uno de ellos cuenta con intereses y capacidades diferentes, y por si fuera poco, están en la búsqueda de una identidad aún por definirse. Por este motivo, es que los jóvenes deben centrar su atención en las diversas áreas de estudio y elegir aquella que cumpla con su perfil para desarrollarse profesional y personalmente en el ámbito laboral. Es necesario que el bachillerato modifique sus formas de trabajo para adecuarse a los enfoques pedagógicos que hoy se manejan. Es por eso que la Educación Media Superior centrará su trabajo en competencias, dejando a un lado la memorización que era a lo que se le daba prioridad en el pasado. Se requiere entonces que el alumno movilice una serie de conocimientos, habilidades y actitudes en contextos específicos que le permitan construir espacios educativos complejos que responden a las exigencias del mundo actual. Esta nueva generación de estudiantes se presenta ante ti profesor, líder del cambio, deseoso de aprender y desarrollar nuevos conocimientos, he ahí el desafío. Su vida educativa está en tus manos, así que esperamos que esta nueva propuesta educativa, compuesta por esta primer serie de libros que Cengage Learning ha preparado para ti, te permita consolidar las metas de cada uno de tus alumnos que hoy pasan por las aulas del bachillerato en busca de su superación profesional. Al mismo tiempo podrás sentirte satisfecho de haberlo acompañado y apoyado en este importante y definitivo tramo de su vida. A continuación te presentamos información valiosa que puede resultarte útil para desarrollar tu trabajo cotidiano. Las competencias genéricas y sus principales atributos, son las que se establecen a continuación. Se autodetermina y cuida de sí 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue.

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Química II

Atributos: 䊳

䊳

䊳

䊳 䊳 䊳

Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. Identifica sus emociones, las maneja de manera constructiva y reconoce la necesidad de solicitar apoyo ante una situación que lo rebase. Elige alternativas y cursos de acción con base en criterios sustentados y en el marco de un proyecto de vida. Analiza críticamente los factores que influyen en su toma de decisiones. Asume las consecuencias de sus comportamientos y decisiones. Administra los recursos disponibles teniendo en cuenta las restricciones para el logro de sus metas.

2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. Atributos: 䊳

䊳

䊳

Valora el arte como manifestación de la belleza y expresión de ideas, sensaciones y emociones. Experimenta el arte como un hecho histórico compartido que permite la comunicación entre individuos y culturas en el tiempo y el espacio, a la vez que desarrolla un sentido de identidad. Participa en prácticas relacionadas con el arte.

3. Elige y practica estilos de vida saludables. Atributos: 䊳

䊳

䊳

Reconoce la actividad física como un medio para su desarrollo físico, mental y social. Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean.

Se expresa y comunica 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. Atributos: 䊳

䊳

Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas. Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue.

Presentación institucional

䊳

䊳 䊳

Q

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Identifica las ideas clave en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas. Se comunica en una segunda lengua en situaciones cotidianas. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.

Piensa crítica y reflexivamente 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. Atributos: 䊳

䊳 䊳

䊳 䊳

䊳

Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. Ordena información de acuerdo con categorías, jerarquías y relaciones. Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. Atributos: 䊳

䊳 䊳

䊳

Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo con su relevancia y confiabilidad. Evalúa argumentos y opiniones e identifica prejuicios y falacias. Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

Aprende de forma autónoma 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. Atributos: 䊳

䊳

Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento. Identifica las actividades que le resultan de menor y mayor interés y dificultad, reconociendo y controlando sus reacciones frente a retos y obstáculos.

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Q

Química II

䊳

Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana.

Trabaja en forma colaborativa 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. Atributos: 䊳

䊳

䊳

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos. Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

Participa con responsabilidad en la sociedad 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. Atributos: 䊳 䊳

䊳

䊳

䊳

䊳

Privilegia el diálogo como mecanismo para la solución de conflictos. Toma decisiones a fin de contribuir a la equidad, bienestar y desarrollo democrático de la sociedad. Conoce sus derechos y obligaciones como mexicano y miembro de distintas comunidades e instituciones, y reconoce el valor de la participación como herramienta para ejercerlos. Contribuye a alcanzar un equilibrio entre el interés y bienestar individual y el interés general de la sociedad. Actúa de manera propositiva frente a fenómenos de la sociedad y se mantiene informado. Advierte que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente.

10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. Atributos: 䊳

䊳

Reconoce que la diversidad tiene lugar en un espacio democrático de igualdad, de dignidad y derechos de todas las personas, y rechaza toda forma de discriminación. Dialoga y aprende de personas con distintos puntos de vista y tradiciones culturales mediante la ubicación de sus propias circunstancias en un contexto más amplio.

Presentación institucional

䊳

Q

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Asume que el respeto de las diferencias es el principio de integración y convivencia en los contextos local, nacional e internacional.

11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables. Atributos: • • •

Asume una actitud que favorece la solución de problemas ambientales en los ámbitos local, nacional e internacional. Reconoce y comprende las implicaciones biológicas, económicas, políticas y sociales del daño ambiental en un contexto global interdependiente. Contribuye al alcance de un equilibrio entre los intereses de corto y largo plazos con relación al ambiente.

Campo disciplinar

Disciplinas

Matemáticas

Matemáticas

Ciencias experimentales

Física, química, biología y ecología.

Ciencias sociales

Historia, sociología, política, economía y administración.

Comunicación

Lectura y expresión oral y escrita, literatura, lengua extranjera e informática.

Ciencias experimentales Las competencias disciplinares básicas de ciencias experimentales están orientadas a que los estudiantes conozcan y apliquen los métodos y procedimientos de dichas ciencias para la resolución de problemas cotidianos y para la comprensión racional de su entorno. Tienen un enfoque práctico; se refieren a estructuras de pensamiento y procesos aplicables a contextos diversos, que serán útiles para los estudiantes a lo largo de la vida, sin que por ello dejen de sujetarse al rigor metodológico que imponen las disciplinas que las conforman. Su desarrollo favorece acciones responsables y fundadas por parte de los estudiantes hacia el ambiente y hacia sí mismos. Competencias: 1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

xiv

Q

Química II

6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. 7. Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. 8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. 11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de impacto ambiental. 12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. 13. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

Presentación El papel formativo de la Química debe centrarse en: a) Desarrollar las capacidades de los alumnos para interpretar los fenómenos químicos, a través de modelos que de manera progresiva se acerquen a aquellos propuestos por la comunidad científica. b) Comprensión de conocimientos científicos básicos que permitan al estudiante describir objetos o fenómenos naturales con un vocabulario acorde a la disciplina; la formulación de hipótesis, la selección y aplicación de estrategias metodológicas personales en la resolución de problemas; la discriminación entre información científica y de divulgación, con criterios científicos y tecnológicos básicos; la promoción del pensamiento reflexivo, crítico y creado, y la adquisición y afianzamiento de un sistema de valores para que los estudiantes se incorporen con éxito a la sociedad del conocimiento, a partir del reconocimiento de sus potencialidades. Familiarízate con tu libro Con la finalidad de que obtengas el mejor de los provechos de este material didáctico, te proponemos una serie de iconos que te permitirán identificar las secciones del mismo: a) Retos: Se refiere a los desempeños que podrás realizar al concluir cada uno de los bloques. b) La ciencia de los alumnos: Se refiere a la evaluación diagnóstica, recupera tus ideas previas respecto a un tema o concepto. c) Ambiente de aprendizaje: Tema integrador presentado a través de una noticia o lectura breve. d ) Activando tu neurona: Te permitirán poner en práctica el desarrollo de tus habilidades. e) Actividad experimental: Sección que te permite desarrollar tus habilidades en el laboratorio. f ) ¿Cuánto aprendí?: Te da la oportunidad de reconocer tus aprendizajes durante el desarrollo de los temas, toma en cuenta los atributos de las competencias genéricas y las competencias disciplinares básicas. g) Instrumento de evaluación: Permite recabar la información de la secuencia didáctica.

Química II

BLOQUE I Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno Competencias genéricas 1. Se conoce y valora a sí mismo; aborda problemas y retos considerando los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal ante temas de interés y relevancia general; considera otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Competencias disciplinares ■

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Establece una interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico; consultando fuentes relevantes y realiza experimentos pertinentes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

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Química II

Ambiente de aprendizaje 15 de septiembre de 2011 | Actualidad | Análisis http://www.anbariloche.com.ar/noticia.php?nota=23729 Especialista internacional evaluará efectos de la caída de cenizas en el agua. El doctor James J. Elser, investigador reconocido mundialmente, trabajará junto con el laboratorio de Limnología CRUB–INIBIOMA, en donde se estudian los efectos de la caída de cenizas en los ecosistemas acuáticos de la Patagonia. Elser navegó las aguas del Nahuel Huapi Elser, profesor de Arizona State University en Estados Unidos de América, estará trabajando, durante su año sabático, en el laboratorio de Limnología de la Universidad Nacional del Comahue. Es un “investigador reconocido mundialmente al ser uno de los fundadores del cuerpo teórico de la Estequiometría Ecológica, que se fundamenta en cómo los balances de los diferentes elementos afectan a los organismos, a sus interacciones, a las cadenas alimentarias y al funcionamiento de los ecosistemas”, se informó. La estadía del doctor Elser se extiende desde el 2 de septiembre del presente año, hasta el 29 de febrero de 2012. Está siendo financiada por la Fundación Fulbright. Si bien el proyecto original de trabajo estaba centrado en aspectos de los balances elementales de carbono, nitrógeno y fósforo en los sistemas acuáticos de nuestra región, el evento de la erupción volcánica de Puyehue-Cordón Caulle, con la consecuente caída de cenizas en los sistemas acuáticos, modificó en forma sustancial los objetivos originales. En este momento, el principal objetivo es analizar de qué manera estas cenizas afectan a los diferentes componentes de las cadenas alimentarias, desde bacterias hasta zooplancton.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

RETOS • • •

Aplicar el concepto de mol al interpretar reacciones que se realizan en diferentes ámbitos de su vida cotidiana y en la industria. Realizar cálculos estequiométricos en los que se aplican las leyes ponderales. Argumentar la importancia de los cálculos estequiométricos en procesos que tienen repercusiones económicas y ecológicas en su entorno.

E VALUACIÓN DIAGNÓSTIC A En la siguiente sopa de letras aparecen quince palabras asociadas con reacciones químicas y balanceo de ecuaciones, dichas palabras se encuentran en forma horizontal, vertical, diagonal e invertida. También existen palabras compuestas, identifícalas y realiza un mapa conceptual. A

M

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E

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M

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O

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B

A

L

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M

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Y

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P

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T

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F

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A

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V

D

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G

I

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T

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U

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M

I

C

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Las palabras son:

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Química II

La ciencia de los alumnos

La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor que se producen entre dos elementos: el combustible, que puede ser un sólido (carbón, madera, etc.), un líquido (gasóleo, combustóleo, etc.) o un gas (natural, propano, etc.) y el comburente (oxígeno). La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta al ser un proceso de oxidación rápida y con presencia de llama. También se diferencia de otros procesos de oxidación muy rápida (detonaciones, deflagraciones y explosiones) al obtenerse el mantenimiento de una llama estable. Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores: • • •

combustible comburente y energía de activación

La estequiometría de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas entre reactivos y productos. Los aspectos por determinar son principalmente: • •

aire necesario para la combustión productos de la combustión y su composición

Para predecir estas cantidades es preciso referirse a un proceso ideal que dependa de pocos parámetros; básicamente la naturaleza del combustible. Para definir este proceso ideal se consideran los tipos de combustión que pueden darse. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Reúnete con tus compañeros en equipos. Elijan un combustible de los que se emplean en su comunidad, por ejemplo: petróleo, gasolina, gas natural, gas LP, etcétera. Identifiquen las características del combustible seleccionado. Describan la ecuación completa que se lleva a cabo durante la combustión. Reconozcan la cantidad de reactivos y productos que se utilizan y producen en cada relación estequiométrica. Observen la cantidad de contaminantes que se generan en cada combustión. Propongan alternativas que permitan disminuir la cantidad de contaminantes. Redacten un informe, con el formato de un texto expositivo, en el que integren los datos de su investigación, los resultados de las relaciones estequiométricas y las alternativas de solución. Con la información obtenida organicen un foro acerca de “La importancia de las relaciones estequiométricas en los combustibles”.

Objetivos de aprendizaje Mol Las leyes ponderales Ley de Lavoisier Ley de Proust Ley de Dalton Ley de Richter-Wenzel

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

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¿Qué es la estequiometría? Observa el siguiente mapa conceptual, es parte de lo que estudiarás en este bloque.

Estequiomtría Estudia Las relaciones cuantitativas entre las sustancias En relación con

Masa

Volumen

De acuerdo con Leyes ponderables Ley de los volúmenes de combinación Ley de la conservación de la masa

Ley de Avogadro

Ley de las proporciones múltiples

Que define el Mol

Ley de las proporciones definidas

Volumen molecular gramo

Ley de las proporciones recíprocas

Cada día interactuamos con diversos materiales y objetos como la pasta de dientes, el champú, las frutas, los cereales, las prendas de vestir, etcétera. Sin embargo, en muchas ocasiones, es necesario cuantificar o medir algunos de éstos; los pesamos o contamos, según nos convenga. Por ejemplo: es más cómodo pesar lentejas, arroz, tortillas, etcétera, que contar cada pieza de manera individual, pero es más conveniente contar manzanas, botones o libretas que pesarlos. Por lo general, para medir objetos usamos unidades de masa (kg, g, lb) o unidades de conteo (docena, decena, gruesa). Nuestro quehacer cotidiano en un laboratorio involucra medir sustancias químicas (elementos y compuestos) cuyos componentes son los átomos. La palabra estequiometría fue establecida en 1792 por el químico alemán Jeremías B. Richter para designar a la ciencia que mide las proporciones según las cuales se deben combinar los elementos químicos. Richter fue uno de los primeros

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Q

Química II

químicos que descubrió que las masas de los elementos y las cantidades en que se combinan están en una relación constante. En la actualidad, el término estequiometría se refiere al estudio de la información cuantitativa que se deduce a partir de los símbolos y las fórmulas en las ecuaciones químicas. El concepto de mol es uno de los más importantes en la química. Su comprensión y aplicación es fundamental para el estudio de otros temas. Mol se define como la cantidad de sustancia que contiene el mismo número de unidades elementales (átomos, moléculas, iones, etcétera) que el número de átomos presentes en 12 g de carbono 12. Cuando hablamos de un mol, hablamos de un número específico de materia. Por ejemplo, si decimos una docena sabemos que son doce, una centena, cien y un mol equivale a 6.022 × 1023 ya sean átomos, moléculas o iones. Este número se conoce como número de Avogadro y es tan grande que es difícil de imaginar. Un mol de calcio contiene el mismo número de átomos que un mol de plata; igual que un mol de cobre y el mismo número de átomos que un mol de cualquier otro elemento. 1 mol de un elemento = 6.022 × 1023 átomos Veamos los siguientes ejemplos: Moles

Átomos

1 mol de K

6.022 × 1023 átomos de K

1 mol de N

6.022 × 1023 átomos de N

1 mol de S

6.022 × 1023 átomos de S

1 mol de Cu

6.022 × 1023 átomos de Cu

1 mol de Hg

6.022 × 1023 átomos de Hg

Ejemplo 1 ¿Cuántos átomos de Mg hay en 3.3 moles de Mg?

Solución: Para resolverlo, tenemos que realizar lo siguiente: convierte el número de moles en átomos, para ello debemos utilizar un factor de conversión que es el número de Avogadro. Podemos trabajar el problema mediante un análisis dimensional o por una regla de tres. En el caso del análisis dimensional, en el primer cuadrante superior izquierdo colocamos el dato que nos dan, en los cuadrantes intermedios, indicamos las equivalencias, tantas como sean necesarias, para lograr la unidad que requerimos y en el cuadrante inferior derecho indicamos el resultado obtenido.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

3.3 moles de Mg

6.022 × 10 23 átomos 1 mol de Mg

Q

9

19.87 × 1023 átomos de Mg

Ejemplo 2 ¿Cuántos moles de S hay en 327 átomos de S?

Solución: El planteamiento del problema es similar al anterior pero ahora partiremos del número de átomos para llegar a los moles. 327 átomos de S

1 mol de S 6.022 × 10 23 átomos

5.43 × 10–22 átomos de S

Ejemplo 3 En 13 moles de Al, ¿cuántos átomos hay?

Solución: 13 moles de Al

6.022 × 10 23 átomos 78.286 × 1023 átomos de Al 1 mol de Al

Actividad 1 De manera individual resuelve los siguientes ejercicios en tu libreta: 1. En 1966 moles de Fe, ¿cuántos átomos hay? 2. En 377 átomos de Ba, ¿cuántos moles hay? 3. ¿Cuántos átomos de magnesio están contenidos en 10 moles de magnesio (Mg)? 4. En 25 moles de Fe, ¿cuántos moles hay?

El mol y las masas atómicas Cualquier tipo de átomo o molécula tiene una masa característica y definida. Dado que el mol se define como el número de átomos que hay en 0.012 kg (12 g) de

10

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carbono-12, se entiende que la masa en gramos de un mol de átomos de un elemento es numéricamente igual al peso atómico, en unidades de masa atómica, de dicho elemento. En la tabla siguiente se ilustra esta teoría con ejemplos:

Elemento Potasio (K)

Masa atómica 39.182

Masa muestra

Contiene 6.022 × 1023 átomos de potasio

39.182

o un mol de átomos de potasio Calcio (Ca)

40.08

6.022 × 1023 átomos de calcio o

40.08

un mol de átomos de calcio

El mol y las masas moleculares El término de masa molar se puede aplicar a todo tipo de compuestos. A partir de la fórmula de un compuesto podemos determinar la masa molar sumando las masas de todos y cada uno de los átomos de la fórmula en gramos. Si hay más de un átomo de cualquier elemento, su masa debe sumarse tantas veces como aparezca. Compuesto Amoniaco (NH3)

Masa molar 17 g

Contiene 23

6.022 × 10 moléculas de amoniaco 6.022 × 1023 átomos de nitrógeno 18.066 × 1023 átomos de hidrógeno

Dióxido de carbono (CO2)

44 g

6.022 × 1023 moléculas de dióxido de carbono 6.022 × 1023 átomos de carbono 12.044 × 1023 átomos de oxígeno

Carbonato de calcio (CaCO3)

100 g

6.022 × 1023 moléculas de carbonato de calcio 6.022 × 1023 átomos de calcio 6.022 × 1023 átomos de carbono 18.066 × 1023 átomos de cloro

Actividad 2 En binas complementen la siguiente tabla, calculen la masa molar en los ejercicios siguientes.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Compuesto

Masa molar

Q

11

Número de moléculas y/o átomos

KOH (hidróxido de potasio) K2Cr2O7 (dicromato de potasio) H2SO4 (ácido sulfúrico) Cu3(PO4)2 (sulfato de cobre II) Al2(SO3)3 (sulfito de aluminio)

Composición porcentual La ley de la composición constante establece que cualquier muestra de un compuesto puro siempre constará de los mismos elementos en la misma proporción de masa. La composición molecular se puede expresar en tres maneras: 1. Mediante la fórmula del compuesto indicando los átomos de cada fórmula. 2. De acuerdo con la masa de cada elemento por mol de compuesto. 3. De acuerdo con el porcentaje de masa.

Ejemplo 4 Supongamos que tenemos un mol de NaOH, o 39.97 g. La masa del NaOH se constituye de 22.98 g de Na, 15.99 g de O y 1.00 g de H.

Solución: Para determinar la composición porcentual de cada uno de los componentes tenemos que dividir la masa del elemento correspondiente: Porcentaje en masa de Na en NaOH =

22.98 g Na × 100 = 57.49% 39.97 g NaOH

Porcentaje en masa de O en NaOH

=

1.99 g O × 100 = 40.00% 39.97 g NaOH

Porcentaje en masa de H en NaOH

=

1gH × 100 = 2.50% 39.97 g NaOH

Los porcentajes son 57.49% de Na, 40.00% de O y 2.50% de H.

12

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Actividad 3 Calcula la composición porcentual de los siguientes compuestos: a) Octano, C8H8 b) Ácido cítrico, C6H8O7 c) Carbonato de magnesio, MgCO3 d) Ácido sulfúrico, H2SO4 e) Carbonato de amonio, (NH4)2CO3

Fórmula mínima o empírica La fórmula mínima o empírica es la proporción más pequeña en la que se encuentran los elementos que conforman una sustancia.

Ejemplo 5 Determina la fórmula empírica del propileno, que contiene 14.3% de H y 85.7% de C.

Solución: Para determinar la fórmula empírica necesitamos llevar a cabo el siguiente procedimiento: 1. Transformar los porcentajes en masa a partir del supuesto de que la muestra en cuestión tiene una masa de 100 g. 14.29% de H es igual a 14.29 g de H 85.71% de C es igual a 85.71 g de C 2. A continuación se calculan los moles de cada uno de los elementos químicos dividendo la masa en gramos entre su masa molar. n = m/M 14.29 g nH= = 14.29 mol 1 g/mol nC=

85.71 g = 7.1425 mol 12 g/mol

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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3. De los resultados obtenidos en el paso número 2 se elige el de menor valor y se dividen entre éste todos y cada uno de los resultados obtenidos. Si al terminar los cálculos se obtienen números fraccionarios, se multiplican por una cantidad que los transforme en enteros. H= C=

14.29 mol =2 7.1425 mol 7.1425 mol =1 7.1425 mol

4. Se construye la fórmula utilizando los datos del paso 3 como coeficientes o subíndices, por lo tanto la fórmula mínima del propileno es CH2.

Fórmula verdadera o molecular La fórmula verdadera o molecular expresa el número de átomos exactos que contiene cada elemento dentro de una molécula.

Ejemplo 6 La vitamina C (ácido ascórbico) tiene 40.90% de C, 4.55% de H y 54.55% de O, en masa. El peso molecular de este compuesto es de 176 uma. ¿Cuál será su fórmula molecular, empírica o química?

Solución: 1. Convertir los porcentajes en gramos.

40.90% de C 4.55% de H 54.55% de O

40.90 g de C 4.55 g de H 54.55 g de O

2. Convertir los gramos en moles al dividir entre la masa molar: C=

40.90 g de C = 3.40 mol 12 g/mol

H=

4.55 g de H = 4.58 mol 1.00 g/mol

O=

54.55 g de O = 3.40 mol 16 g/mol

14

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Química II

3. Dividir el número de moles de cada componente entre el valor más pequeño: 3.40 mol 3.40 mol

C=

4.58 mol 3.40 mol

H=

=1 = 1.34 mol

3.40 mol 3.40 mol

O=

=1

4. Al tener fracciones tenemos que buscar un número que multiplicado por ellas nos dé un valor entero. Las fracciones de 0.5 no se pueden redondear. El número más pequeño que multiplicado da un entero es 2. A continuación se muestra una tabla con los decimales y el entero por el que se deben multiplicar. Fracción decimal 0.5 0.3 0.25

Multiplicar por 2 3 4

En este caso tenemos que multiplicar por 3, veamos:

C= 1×3=3 H = 1.35 × 3 = 4.05 1×3=3 O= Por lo tanto, la fórmula mínima o empírica es: C3H4O3 Una vez obtenida la fórmula mínima o empírica, procedemos a determinar la fórmula verdadera o molecular: 5. Determinar la masa molecular de la fórmula empírica obtenida: C3H4O3 C = 3 × 12 g/mol = 36 g/mol H = 4 × 1 g/mol = 4 g/mol O = 3 × 16 g/mol = 48 g/mol 88 g/mol 6. Para obtener la fórmula verdadera o molecular tenemos que dividir la masa experimental entre la masa de la fórmula empírica: n=

176 g/mol =2 88 g/mol

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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Si multiplicamos la fórmula empírica por el factor obtenido tenemos la fórmula verdadera o molecular que en este caso es: C6H8O6

Actividad 4 Determina la fórmula molecular de los siguientes compuestos: a) El eugenol es uno de los componentes del aceite de clavo y tiene una masa molecular de 162.4 g/mol, contiene 73.14% de C y 7.37% de H; lo que resta es oxígeno, ¿cuál es la fórmula molecular del eugenol? b) La fórmula empírica del ácido acético es CH2O. Si su masa molar es 60.05 g/mol, ¿cuál es la fórmula molecular de dicho ácido? c) Indica la fórmula molecular de cada uno de los siguientes compuestos: % de los componentes Cumeno

Masa molar (g/mol) 120.2

C = 89.94 H = 10.06 Ácido mandélico

152.14

C = 63.15 H = 5.30 O = 31.55 Nicotina

162

C = 74.00 H = 8.65 N = 1.35

Leyes ponderales de las combinaciones químicas Una de las ventajas del estudio de la Química es poder expresar de forma cuantitativa las relaciones que se presentan entre las sustancias que intervienen en una reacción (reactivos) y las sustancias formadas (productos).

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Q

Química II

Para ello, una herramienta valiosa son las leyes ponderales, que se definen como “aquellas que rigen el comportamiento de la materia en los cambios químicos, en función de la masa de las sustancias que participan”. Las leyes son: • • • •

ley de la conservación de la masa propuesta por Lavoisier ley de las proporciones definidas o constantes hecha por Proust ley de las proporciones múltiples enunciada por Dalton ley de las proporciones recíprocas esbozada por Richter y complementada por Wenzel

Veamos en qué consiste cada una de ellas.

Ley de la conservación de la masa En 1745, Mijaíl Lomonósov y en 1785 Antoine Laurent Lavoisier, de manera independiente, establecieron que en condiciones ponderales, “en toda reacción química, la cantidad de materia permanece inalterable antes y después del proceso”, a esto se le conoce como ley de la conservación de la materia. La implicación que tiene esta ley en las reacciones químicas es que el número de átomos de cada elemento debe ser igual en los dos puntos de la ecuación (reactantes y productos). Cabe mencionar que Lavoisier no elaboró esta teoría. Hace 200 años, aproximadamente, no se conocía el concepto de materia, pero a partir de la ley de la conservación de la masa se elaboró la misma.

La suma de las masas de los productos que reaccionan.

=

Ejemplo 7 En la siguiente reacción calcula la suma de las masa de reactivos y productos. 2H2 + O2 q 2H2 O a) La suma de las masas atómicas de los reactivos. 2H2 = 1 uma de hidrógeno × 4 átomos = 4 uma O2 = 16 uma de oxígeno × 2 átomos = 32 uma 36 uma

La suma de las masas de los productos obtenidos.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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b) Suma de las masas atómicas de los productos. 2H2O = 1 uma de hidrógeno por 4 átomos = 4 uma 16 uma de oxígeno por 2 átomos = 32 uma 36 uma Por lo tanto: 2H2 4 uma 36 uma reactivos

O2 q 32 uma q q

+ +

2H2O 36 uma 36 uma productos

Ejemplo 8 De acuerdo con la siguiente reacción: 32 g de S

+

56 g de Fe

q

X = FeS

¿Qué cantidad de producto se obtiene de esta reacción?

Solución: De acuerdo con la ley de la conservación de la masa, la masa de los reactivos debe ser igual a la masa de los productos. Por lo tanto, si 88 g de reactivos (32 g + 56 g) se combinaron al inicio de la reacción, la misma cantidad de masa debe obtenerse en los productos. Dado que el único producto es el sulfato ferroso, la cantidad obtenida del mismo debe ser 88 g.

Actividad 5 Resuelve los siguientes ejercicios: 1. Un mol de monóxido de carbono contiene 12 g de C y 16 g de O. ¿Qué cantidad de carbono hay en una muestra del mismo compuesto que contiene 4.0 g de oxígeno? 2. Una muestra de cloruro de sodio contiene 1.64 g de sodio y 2.53 g de cloro. Otra muestra del mismo compuesto está conformada por 3.28 g de sodio y 5.06 g de cloro. Explica cuál de las leyes ilustra el caso anterior. 3. Un pedazo de metal se oxida y sufre un aumento de peso. ¿Por qué?

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Ley de las proporciones constantes o definidas En 1801 L. J. Proust, estableció que “cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto determinado, lo hacen siempre en la misma proporción de masa”. Esta ley se puede enunciar desde otro punto de vista: “Para cualquier muestra pura de un determinado compuesto los elementos que lo conforman mantienen una proporción fija en peso; es decir, una proporción ponderal constante.” Así por ejemplo, el amoniaco siempre tendrá 82.25% de nitrógeno y 17.25% de hidrógeno. La ley de Proust no impide que dos o más elementos se unan en varias proporciones para formar varios compuestos. El agua pura contiene 11.2% de hidrógeno y 88.8% de oxígeno.

O

H H H O

H

O O

H H

H

H

Con base en lo anterior, para obtener en el laboratorio 100 g de agua pura hay que hacer reaccionar las cantidades mencionadas. Como la relación entre oxígeno e hidrógeno es constante en el caso del agua pura, se puede deducir que: Masa de oxígeno 88.8 g = = 7.93 Masa de hidrógeno 11.2 g La composición de un compuesto químico siempre es la misma y no depende del procedimiento empleado para su obtención. Los compuestos químicos se diferencian de las mezclas en la composición constante de dichas sustancias, mientras que la de las mezclas puede variar arbitrariamente.

Ley de las proporciones múltiples El descubrimiento de la ley de proporciones constantes ofreció la posibilidad de establecer las proporciones ponderales de combinación de los distintos elementos químicos. Durante varios años, a partir de 1803, estas proporciones fueron estudiadas y sistematizadas, principalmente por Dalton. Cuando dos elementos se combinan para crear más de un compuesto, los pesos se mezclan con una cantidad fija del otro, guardan una relación numérica sencilla. Dalton comprobó que, al hacer reaccionar cobre con oxígeno en diferentes condiciones, se obtenían dos óxidos de cobre diferentes que, dependiendo de las

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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condiciones, podían combinarse de forma distinta, pero que sus masas siempre estaban en una relación de números enteros. Cuando se forman dos o más compuestos a partir de los mismos elementos, los pesos de uno de ellos que se combinan con una cantidad fija del otro, siguen relaciones que se reducen a números enteros como: 1:1, 2:1, 3:1, 2:3. Por ejemplo, el agua y el peróxido de hidrógeno están formados por los elementos hidrógeno y oxígeno. Al formar agua: 8 gramos de oxígeno reaccionan con 1 gramo de hidrógeno.

En el peróxido de hidrógeno, hay 16 g de oxígeno por cada gramo de hidrógeno.

La proporción de la masa de oxígeno por gramo de hidrógeno entre los dos compuestos es de 2:1. Usando la teoría atómica podemos llegar a la conclusión de que el peróxido de hidrógeno contiene dos veces más átomos de oxígeno por átomo de hidrógeno que el agua. El cloro, al combinarse con el oxígeno, puede formar cuatro diferentes óxidos. Las diferentes cantidades de oxígeno que se combinan con una misma cantidad de cloro se reúnen en la siguiente tabla: Fórmula molecular

Masa fija del cloro

Masas del oxígeno

Cl2O

71 g

16 g

Cl2O3

71 g

48 g

Cl2O5

71 g

80 g

Cl2O7

71 g

112 g

La relación de masa del oxígeno que se combina con 71 g de cloro es la siguiente: 16 g : 48 g : 80 g : 112 g = 1 : 3 : 5 : 7 El nitrógeno y el oxígeno forman cinco diferentes compuestos. Las diversas cantidades de oxígeno que se combinan con una misma cantidad de nitrógeno se presentan en la siguiente tabla:

Óxido Óxido nitroso Óxido nítrico

Fórmula molecular N2O

Relación en masa del nitrógeno y el oxígeno 7:4

Masa fija del nitrógeno

Masa del oxígeno

7g

4g

NO

7:8

7g

8g

Trióxido de dinitrógeno

N3O2

7 : 12

7g

12 g

Dióxido de nitrógeno

NO2

7 : 16

7g

16 g

Pentóxido de dinitrógeno

N2O5

7 : 40

7g

40 g

¿Cuál es la relación existente?

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Actividad 6 Resuelve el siguiente ejercicio en tu libreta Una muestra (A) contiene 2.0 g de carbono y 2.66 g de oxígeno. Otra muestra (B) contiene 2.0 g de carbono y 5.32 g de oxígeno. ¿Cuál(es) de los enunciados es (son) verdadero(s)? a) La muestra A y B son el mismo compuesto. b) Las muestras son de compuestos diferentes que contienen los mismos elementos. c) La información respalda la ley de las proporciones definidas o constantes. d) La información ilustra la ley de las proporciones múltiples. e) La información refleja una violación de la ley de la conservación de la masa.

Ley de las proporciones recíprocas o ley de Richter-Wenzel Los pesos de diferentes elementos que se combinan con el mismo peso de un elemento dado, dan la relación de pesos de estos elementos cuando se combinan entre sí o bien múltiplos o submúltiplos de estos pesos. Esta ley, llamada también de las proporciones equivalentes, fue esbozada por Richter en 1792 y completada varios años más tarde por Wenzel. La ley de las proporciones recíprocas conduce a asignar a cada elemento un peso relativo de combinación, que es el peso del mismo que se une con un peso determinado del elemento que se toma como tipo de referencia. Al ser el oxígeno el elemento que se combina con casi todos los demás, se tomó inicialmente como tipo 100 partes en peso de oxígeno; la cantidad en peso de cada elemento que se combinaba con estas 100 partes en peso de oxígeno era su peso de combinación. El menor peso de combinación que así se encontraba era el del hidrógeno, por lo que fue natural tomar como base relativa de los pesos de combinación de los elementos el valor 1 para el hidrógeno; en esta escala el oxígeno tiene el valor 7.9365 (según las últimas investigaciones realizadas) y otros elementos tienen valores inferiores a números enteros. Pero, puesto que el hidrógeno se combina con muy pocos elementos y el peso de combinación de éstos tenía que encontrarse en general a partir de su combinación con el oxígeno, se decidió tomar nuevamente el oxígeno como base de los pesos de combinación redondeando su peso tipo a 8.000; el del hidrógeno resulta ser igual a 1.008 y el de varios elementos son ahora números aproximadamente enteros.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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Ejemplo 9 El hidrógeno y el carbono reaccionan con la misma cantidad de oxígeno en una proporción de 4 : 12. 2H2 + O2 4 uma + 32 uma

2H2O 36 uma

C + O2 12 uma + 32 uma

CO2 44 uma

Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos Las industrias químicas son la base de cualquier sociedad industrial. Muchos, por no decir una infinidad, de los productos que utilizamos cotidianamente como la gasolina y lubricantes de la industria del petróleo; alimentos y medicinas de la industria alimentaria; telas y ropa de las industrias textiles, se fabrican mediante algún proceso químico, o al menos en éste se incluye el uso de productos químicos. Por razones económicas, los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como “optimización de procesos”. Cuando se tiene una reacción química, el químico se interesa por la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación como en la industria.

Cálculos estequiométricos En una ecuación química balanceada, los coeficientes indican las proporciones más simples de números enteros de los moles de cada sustancia química que interviene en la reacción. Por ejemplo, considera la ecuación balanceada de la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno gaseosos, que produce agua en estado líquido. 2H2(g) + O2(g)

2H2O(l)

Los coeficientes numéricos utilizados para balancear la ecuación indican que 2 moles de hidrógeno gaseoso reaccionan con 1 mol de oxígeno gaseoso y producen 2 moles de agua. Se pueden utilizar los coeficientes numéricos de cualquier ecuación balanceada para escribir las relaciones molares de cada par de sustancias químicas partici-

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pantes. Más tarde se mostrará cómo se emplean estas relaciones molares como factores de conversión para establecer las cantidades de las sustancias que reaccionan.

Cálculos mol-mol En este tipo de relación la sustancia de partida está expresada en moles y la sustancia deseada se pide en moles. Es importante recordar que en los cálculos estequiométricos los resultados se reportan redondeados a dos decimales. De la misma manera, las masas atómicas de los elementos deben redondearse a dos decimales.

Ejemplo 10 Para la siguiente ecuación balanceada: CaF2 +

H2SO4

CaSO4 +

HF

Calcule cuántos moles de fluoruro de calcio (CaF2) son necesarios para producir 12.27 moles de CaSO4

Solución: 1. Balancear la ecuación. Recordemos que el objetivo de balancear la ecuación es verificar que cumpla con la ley de la conservación de la materia. Uno de los métodos de balanceo de ecuaciones es por tanteo, entonces tenemos que igualar la cantidad de átomos que hay tanto en el lado de los reactivos como en el de los productos. CaF2 + H2SO4

CaSO4 + HF

Nos damos cuenta de que tanto el flúor como el hidrógeno no se encuentran balanceados, por lo tanto tenemos que poner un coeficiente que permita igualar la cantidad de átomos tanto en el lado de los reactivos como en el de los productos, ese valor es 2 y lo colocaremos justo frente a la molécula de HF: CaF2 + H2SO4

CaSO4 + 2HF

2. Identificar los datos que nos proporcionan, la cantidad a la que debemos llegar y los datos de referencia. Datos que nos dan 12.27 moles de CaSO4

Dato al que debemos llegar Moles de fluoruro de calcio (CaF2)

Referencia 1 mol de CaF2 produce 1 mol de CaSO4

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

3. Resolver el problema. Como en esta ocasión los datos que nos dan y al que debemos llegar contienen las mismas unidades, no es necesario hacer conversión, por lo que únicamente tenemos que aplicar una regla de tres o bien hacer un análisis dimensional. Para ello, en el primer cuadrante superior colocamos el dato que nos dan, en el segundo cuadrante, tanto superior como inferior, colocamos el dato de referencia, para así obtener el resultado deseado. Recuerda que debemos simplificar los moles de CaSO4: Dato que nos dan

Datos de referencia

12.27 moles de CaSO4

1 mol de CaF2 1 mol de CaSO4

Resultado = 12.27 moles de CaF2

Ejemplo 11 ¿Cuántos moles de ácido sulfúrico, H2SO4, se requieren para producir 9.99 moles de CaSO4? CaF2

+

H2SO4

CaSO4

+

2HF

Solución: La ecuación ya está balanceada. El dato que nos dan es 9.99 moles de CaSO4 y requerimos saber el número de moles de ácido sulfúrico. Nuestros datos de referencia, a partir de la ecuación balanceada son: 1 mol de H2SO4 produce 1 mol de CaSO4, es decir la relación es 1 : 1 Sustituyendo los datos tenemos: Dato que nos dan

Datos de referencia 1 mol de H2SO4 1 mol de CaSO4

9.99 moles de CaSO4

Resultado = 9.99 moles de H2SO4

Actividad 7 1. Resuelve los siguientes ejercicios en tu libreta, puedes trabajar en binas con tus compañeros. A partir de la siguiente ecuación resuelve: FeS

+

O2

Fe2O3

+

SO2

a) Balancea la ecuación. b) ¿Cuántos moles de Fe2O3 se producen a partir de 22 moles de FeS? c) ¿Cuántos moles de O2 se requieren para producir 12.5 moles de SO2?

Q

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2. Dada la siguiente ecuación. +

CH4

O2

CO2

+

H2O

a) Balancea la ecuación. b) Una vez balanceada, lee la ecuación. c) ¿Cuántos moles de CH4 se requieren para producir 7.45 moles de H2O? d) ¿Cuántos moles de CH4 se requieren para producir 8.23 moles de CO2? e) ¿Cuántos moles de CO2 se producen a partir de 33.33 moles de O2?

Cálculos estequiométricos masa-mol En este tipo de cálculos se involucran las unidades de masa y mol, ya sea para los datos que nos proporcionan o para los que queremos llegar.

Ejemplo 12 Veamos la siguiente ecuación balanceada: 2Al

+

H2SO4

Al2SO4 +

H2

¿Cuántos gramos de Al2SO4 se producen a partir de 45 moles de Al?

Solución: Dado que la ecuación se encuentra balanceada, tenemos que identificar qué datos nos proporcionan, a qué tenemos que llegar y cuáles son los datos de referencia. Dato que nos dan

Dato al que debemos llegar

Referencia

45 moles de H2SO4

gramos de Al

2 moles de Al producen 1 mol de H2SO4

Además de los datos proporcionados tendremos que hacer conversiones y saber cuántos gramos de Al hay en 1 mol del mismo. 1 mol de Al

27 g de Al

Sustituyendo datos tenemos: Dato que nos dan

Datos de referencia

Conversión

45 moles de H2SO4

2 moles de Al 1 mol de H2SO4

27 g de Al 1 mol de Al

Resultado =

2430 g de Al

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

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Ejemplo 13 A partir de 20 moles de Al ¿cuántos kilogramos de Al2SO4, se producen? El planteamiento para resolver este problema es similar al anterior, es decir: moles de Al2SO4

Moles de Al

gramos de Al2SO4

Kg Al2SO4

Veamos el análisis dimensional: Dato que nos dan

Datos de referencia

Conversión

Resultado

20 moles de Al

2 moles de Al2SO4 2 moles de Al

150 g de Al2SO4 1 mol de Al2SO4

= 3000 g de Al2SO4

Nos piden kilogramos, por lo que tenemos que convertir los gramos. Recordemos que 1 kg equivale a 1000 gramos, por lo tanto 3000 gramos de Al2SO4 equivalen a 3 kilogramos. El resultado es: 3 kilogramos de Al2SO4.

Actividad 8 Resuelve los siguientes ejercicios con base en la ecuación química planteda en los ejemplos anteriores: a) ¿Cuántos moles de H2SO4 se requieren para producir 55 g de H2? b) ¿Cuántos moles de Al2SO4 se producen a partir de 5 kg de H2SO4? c) ¿Cuántos moles de Al2SO4 se producen a partir de 0.2 tonelada de H2SO4?

Cálculos estequiométricos masa-masa En estos ejercicios tanto el dato que nos proporcionan como al que tenemos que llegar se expresan en unidades de masa, ya sea en gramos, kilogramos o toneladas, aunque los más comunes son gramos.

Ejemplo 14 A partir de la siguiente ecuación resuelve lo que se te pide: BaCl2 +

Na2SO4

2NaCl

+

BaSO4

¿Cuántos gramos de BaCl2 se requieren para producir 75 g de BaSO4?

Solución: 1. El procedimiento requiere llevar a cabo los siguientes pasos: gramos

moles

gramos

26

Q

Química II

Los datos que tenemos para resolver el ejercicio son: Dato que me dan

Lo que quiero obtener

75 g de BaSO4

gramos de BaCl2

Datos de referencia de acuerdo con la ecuación balanceada 1 mol de BaCl2 produce 1 mol de BaSO4 207 g de BaCl2 producen 233 g de BaSO4

Resolviendo el problema tenemos: Dato que nos dan 75 g de BaSO4

Datos de referencia 207 g de BaCl2 233 g de BaSO4

Resultado = 66.63 g de BaCl2

Actividad 9 Resuelve los siguientes ejercicios en equipos mixtos de tres alumnos y compartan sus respuestas en sesión plenaria. 1. Dada la siguiente ecuación química: Ca(OH)2

+

H3PO4

Ca3(PO4)2

+

H2O

a) ¿Cuántos gramos de H2O se producen a partir de 572 g de H3PO4? b) ¿Cuántas toneladas de Ca(OH)2 se requieren para producir 1500 kilogramos de Ca3(PO4)2? c) Con 87 kg de Ca(OH)2, ¿cuántos kilogramos de H2O se obtienen? 2. Para la siguiente ecuación balanceada: Fe

+

CuSO4

FeSO4

+

Cu

Calcula: a) ¿Cuántos gramos de Fe se requieren para producir 597 g de FeSO4? b) ¿Cuántos gramos de FeSO4 se producen a partir de 3.5 kg de CuSO4? c) Para producir 1350 g de Cu, ¿cuántos gramos de Fe se requieren? 3. De acuerdo con los datos mostrados en la siguiente ecuación balanceada: 3CaCl2 +

2Na3PO4

Ca3(PO4)2 +

6NaCl

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

27

a) ¿Cuántos gramos de Ca3(PO4)2 se producen a partir de 822 g de Na3PO4? b) ¿Cuántos gramos de CaCl2 se requieren para producir 3.5 toneladas de NaCl? c) ¿Cuántos gramos de NaCl se producen a partir de 566 g de Na3PO4?

Relación masa-volumen 1 mol de cualquier gas en condiciones normales (CN) de presión y temperatura ocupa un volumen de 22.4 litros (L). A este valor también se le conoce como número de Avogadro para sustancias gaseosas.

Cálculos mol-volumen Para realizar un cálculo estequiométrico con volumen son necesarias dos condiciones: a) Que las sustancias sean gases. b) Que la reacción se efectúe en condiciones normales de temperatura y presión.

Ejemplo 15 La siguiente ecuación balanceada muestra la descomposición del clorato de potasio por efecto del calor. Se supone que la reacción se efectúa en condiciones normales de presión y temperatura: 2KClO3

2KCl

+

3O2

a) ¿Cuántos moles de KClO3 se requieren para producir 49 L de O2?

Solución: Veamos que la ecuación se encuentra balanceada. El procedimiento va de: Moles Los datos que nos dan: 49 L de O2. Lo que tengo que obtener: moles de KClO3.

moles

litros

28

Q

Química II

Mis datos de referencia: 2 moles de KClO3

3 moles de O2

1 mol de cualquier gas en CN de presión y temperatura equivale a 22.4 L. Resolviendo la ecuación tenemos: 49 L de O2

1 mol de O2

2 moles de KClO3

22.4 L de O2

3 moles de O2

= 1.45 L de KClO3

b) ¿Cuántos litros de O2 se producen si se obtienen 222 moles de KCl? Para resolver el problema tenemos: El dato que me dan: 222 moles de KCl. A lo que quiero llegar: el número de litros de O2. Los datos de referencia: 2 moles de KCl se obtienen con 3 moles de O2. 1 mol de cualquier gas en CN de presión y temperatura equivale a 22.4 litros. Resolviendo la ecuación tenemos: 222 moles de KCl

3 moles de O2

22.4 L de O2

2 moles de KCl

1 mol de O2

= 7459.2 L de O2

Cálculos masa-volumen Ejemplo 16 Sigamos con la ecuación anterior: a) ¿Cuántos gramos de KClO3 reaccionan con 110 L de O2?

Solución: El procedimiento es el mismo, la única diferencia son los datos que hay que convertir, es decir: El dato que me dan es: 110 litros de O2 La cantidad a la que quiero llegar es: gramos de KClO3. Los datos de referencia son: 2 KClO3 3O2 1 mol de cualquier gas en CN de presión y temperatura ocupa 22.4 L. Sustituyendo los datos tenemos: 110 L de O2

2 moles de KClO3 3 moles de O2

22.4 L de KClO3 1 mol de KClO3

= 1642.67 L de KClO3

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

29

Actividad 10 La siguiente ecuación muestra la combustión del metano. CH4

+

2O2

CO2

+

2H2O

Suponiendo que la ecuación se lleva a cabo en condiciones estándar de presión y temperatura: a) ¿Cuántos litros de CH4 son necesarios para producir 750 g de H2O? b) ¿Cuántos litros de O2 reaccionan con 1.35 litros de CH4? c) ¿Cuántos litros de CO2 se producen a partir de 25 litros de CH4?

Reactivo limitante Imaginemos que compramos un nuevo equipo de computación y que tenemos: • • • • En una reacción química, el reactivo limitante condiciona la cantidad de producto que se obtiene, ya que es el primero en consumirse.

5 monitores 5 ratones 5 teclados 3 gabinetes

¿Cuántos equipos completos podemos tener? Tendrían que ser tres equipos, ya que únicamente tenemos tres gabinetes, por lo que el limitante para formar los equipos de cómputo son los gabinetes. En una reacción química, el reactivo limitante condiciona la cantidad de producto que se obtiene, ya que es el primero en consumirse. Por lo general, cuando se lleva a cabo una reacción química existe un reactivo que se encuentra en menor cantidad estequiométrica con respecto a los otros, a ése se le conoce como reactivo limitante (RL). “Al reactivo que se encuentra en menor proporción respecto a la estequiometría de la reacción se le conoce como reactivo limitante; el sobrante, como reactivo en exceso.” Veamos la siguiente reacción entre el ácido sulfúrico (H2SO4) y el hidróxido de sodio (NaOH). Las relaciones estequiométricas son las siguientes: H2SO4 1 [molécula]

+

1 [mol]

+

2NaOH

Na2SO4

+

2H2O

2 [moléculas]

1 [molécula]

+

2 [moles]

1 [mol]

+

2 [moles]

+

142 [g]

+

36 [g]

98 [g]

80 [g]

+

2 [moléculas]

El camino más sencillo para identificar el reactivo limitante es identificar los siguientes puntos:

30

Q

Química II

a) Tener las cantidades de los reactivos en las mismas unidades. En caso de que las cantidades de reactivos sean dadas en diferentes unidades, se convierten todas a moles. b) Se realizan los cálculos para determinar las cantidades estequiométricas de cada reactivo con base en los datos proporcionados. c) El reactivo limitante es el que se encuentra en menor cantidad estequiométrica.

Ejemplo 17 ¿Cuál será el reactivo limitante cuando se tienen inicialmente 90 g de H2SO4 y 90 g de NaOH?

Solución: En este caso las cantidades de reactivos están en las mismas unidades; es decir, en gramos, por lo que no es necesario hacer conversiones; de tal forma que tendríamos que calcular los gramos de cada una de las especies participantes: 90 g de H2 SO4

90 g de NaOH

80 g de NaOH = 73.47 g de NaOH 98 g de H2SO4

98 g de H2SO4 80 g de NaOH

= 110.25 g de H2SO4

Como se observa, para que reaccionen en su totalidad los 90 g de NaOH se requieren 110.25 g de H2SO4 y sólo se tienen 90 gramos, por lo tanto, el H2SO4 es el reactivo limitante, ya que es el que se encuentra en menor cantidad estequiométrica. El NaOH sería entonces el reactivo en exceso.

Ejemplo 18 ¿Cuál será el reactivo limitante cuando se tienen 13 g de H2SO4 y 84.0721 x 1021 moléculas de NaOH?

Solución: En este caso, dado que las cantidades de reactivos están en diferentes unidades, lo más recomendable es convertirlas a moles. Primero, convertiremos el número de moléculas de NaOH a moles:

13 g de H2SO4 84.0721 × 1021 moléculas de NaOH

1 mol de H2SO4 98 g de H2SO4

= 0.1326 mol de H2SO4

1 mol de NaOH 6.022 × 1023 moléculas de NaOH

= 0.1396 mol de NaOH

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

31

Después identificaremos cuál es el reactivo limitante.

0.1326 mol de H2SO4

0.1396 mol de NaOH

2 moles de NaOH 1 mol de H2SO4

1 mol de H2SO4 2 moles de NaOH

= 0.2562 mol de NaOH

= 0.0698 mol de H2SO4

El reactivo limitante es el ___________________________________________ y en exceso el ___________________________________________.

Actividad 11 Determina cuál es el reactivo limitante para las siguientes reacciones: a) 2HClO4 +

Mg(OH)2

Mg(ClO4)2

+

2H2O

15 g de HClO4 y 30 g de Mg(OH)2 b) H2SO4

+

Ca(OH)2

CaSO4

+

2H2O

12.5 moles de H2SO4 y 25 moles de Ca(OH)2 b) 2H3PO4

+

3Ca(OH)2

Ca3(PO4)2 +

6H2O

10 x 1023 moléculas de H3PO4 y 15.5 x 1024 moléculas de Ca(OH)2

Actividad 12 Resuelve en tu cuaderno los siguientes ejercicios en forma clara y detallada. 1. La siguiente ecuación balanceada muestra la preparación de Al2O3 calentando 155 g de óxido de cromo (II) con 332 g de Al. 2Al

+

3CrO

Al2O3

+

3Cr

a) ¿Cuántos gramos de Cr se producen a partir de 33 moles de CrO? b) ¿Cuál es el reactivo limitante?

32

Q

Química II

2. De acuerdo con la siguiente ecuación balanceada: 3C

+

2SO2

CS2

+

CO2

a) ¿Cuántos litros de SO2 se requieren para producir 45 g de CS2 y 95.0 litros de CO2? d) Si se producen 15 L de CO2, ¿cuántos moles de C se requieren?

¿Cuánto aprendí? A continuación se presenta una serie de ejercicios en torno a las leyes ponderales, analiza cada una y elige la, o las, respuestas correctas. 1. El 8 de mayo de 1794, fue guillotinado el francés Lavoisier, por haber echado agua al tabaco que se importaba desde las colonias. El juez Coffinhal que lo condenó, pronunció la famosa frase: “La república no necesita de sabios.” Sin embargo, su sabiduría todavía perdura, no solamente por sus descubrimientos y leyes, sino por haber organizado toda la enseñanza primaria y secundaria en Francia. Creó los liceos, organización que todavía se mantiene. Además, hoy los estudiantes todavía lo recuerdan cuando aplican la ley de conservación de la masa en las reacciones químicas; si reaccionan exactamente 6 × 1023 moléculas de hidrógeno con 16 g de oxígeno, dirás que tendrán que producirse: a) 18 g de agua

b)

9 g de agua

c)

Medio mol de agua

d)

3 × 1023 moléculas de agua

e)

No reaccionan exactamente y sobra oxígeno

Masas atómicas: O: 16; H: 1; Núm. de Avogadro = 6.0 × 1023 mol–1 2. Aunque descubrió el óxido cuproso, fue profesor en España, primero en Vergara, y después en la escuela de artillería de Segovia, durante casi 20 años, el químico francés José Luis Proust fue conocido porque en una conferencia, en 1797, pronunció la siguiente frase: “Debemos reconocer una mano invisible que maneja la balanza en la formación de los compuestos. Un compuesto es una sustancia a la cual la naturaleza le asigna relaciones fijas; es un ser al cual la naturaleza crea siempre con una balanza en la mano; pondere et mesura.” Estas palabras estaban dichas para enunciar la ley química: a) De conservación de la masa b) De los pesos equivalentes c)

De las proporciones fijas

d) De las proporciones múltiples 3. Proust propone, dando clase en la escuela de artillería de Segovia, cuyo laboratorio sería destruido en la invasión napoleónica, que: “Los elementos se combinan en proporciones definidas en peso y la

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

composición de un compuesto químico puro va a ser independiente de la manera en la que ha sido obtenido”, determinando con ello la ley de las proporciones fijas. Por ello, si te dicen que 4.368 g de un óxido de hierro, contienen 3.358 g de hierro podrás asegurar que la fórmula del compuesto será: a) Fe3O4

b)

FeO

c)

FeO2

d)

Fe2O3

Masas atómicas O: 16; Fe: 55.86 4. La ley de Proust no siempre se cumplía, ello motivó que otro científico contemporáneo, Claude Luis Bertollet, gran amigo de Napoleón, enunciara su contraley o ley de las proporciones indefinidas, llamando a los compuestos que la seguían bertollidos. Aunque la composición centesimal de una sustancia deriva de la aplicación de la ley de Proust, puede ocurrir que no se cumpla perfectamente. Si se dice que un compuesto de azufre y hierro contiene sólo 27.7% de azufre y dos átomos de azufre por fórmula, se podrá asegurar que: a) Cumple la ley de Proust b) Se trata de un compuesto bertollido c)

Cumple la ley de las proporciones equivalentes

d) Cumple la ley de las proporciones indefinidas e)

Masas atómicas: S: 32, Fe: 55.85

5. La ley de Proust recibió muchos nombres: ley de proporciones constantes, ley de las proporciones definidas, ley de las proporciones fijas o ley de las proporciones invariables. Ésta es fundamental para determinar la fórmula de un compuesto químico. Así, si combinas 15 g de hidrógeno con 5 g de oxígeno, para formar agua, podrás asegurar que sobran: a) 7.5 g de hidrógeno b) 2.5 g de oxígeno c)

10.5 g de hidrógeno

d) 14.4 g de hidrógeno Masas atómicas O: 16, H: 1

33

34

Q

Química II

Actividad experimental Cálculos estequiométricos En química, la estequiometria (del griego XYTNHJNTS = stoicheion (elemento) y RJYWTS = metrón (medida) es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios. En otras palabras, la estequiometría es el estudio de las cantidades de reactivos y productos que intervienen en las reacciones químicas. El término fue ideado por el químico alemán Jeremías Benjamín Richter (Hirschberg, 1762-Berlín, 1807). Planteamiento del problema ¿Pesa lo mismo una sustancia cuando reacciona que cuando está sin reaccionar? Hipótesis Redacta una hipótesis en la que anticipes brevemente los resultados esperados: _______________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Material

Sustancias

Probeta Matraz Globo Agitadores Balanza granataria

25 mL de vinagre (ácido acético), CH3COOH 2 g de bicarbonato de sodio, NaHCO3

Procedimiento 1. En una probeta, mide 25 mL de vinagre y colócalo en un matraz. 2. Pesa en la balanza 2 g de bicarbonato y ponlo dentro del globo. 3. Coloca al globo en la boquilla del matraz, pero sin tirar bicarbonato dentro. 4. Pesa el matraz con el globo y el vinagre. Toma nota. Sin retirarlo de la báscula, voltea el globo de manera que caiga el bicarbonato. Pesa una vez más. 5. Calcula los moles de los reactivos y de los productos que están reaccionando. 6. Haz el cálculo de cuántos moles hubieran sido con 60 g de bicarbonato, una vez que hayamos hecho el de 2 g.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

Describe las observaciones ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Registra los resultados 1. Peso del matraz con el globo antes de la reacción: _______________________ 2. Peso del matraz con el globo después de la reacción:_______________________ 3. Gramos de NaHCO3 utilizados: _______________________ 4. Gramos de CH3COOH utilizados: _______________________ 5. Gramos de CO2 obtenidos: _______________________ 6. Reactivo limitante: _______________________ 7. Porcentaje de rendimiento: _______________________ Masa 1: _______________________ Masa 2: _______________________

Contrasta los resultados obtenidos en el experimento con tu hipótesis. Anota tus resultados. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Escribe la reacción correspondiente:

35

36

Q

Química II

Rúbrica para la evaluación del foro

Foro: “La importancia de las reacciones estequiométricas” Nombre del maestro(a): _____________________________________________________________ Nombre del estudiante: _____________________________________________________________ Indicador

10

8

6

5

Discusión intensa: Problemas

Los estudiantes identifican más de 4 problemas u obstáculos que necesitan ser cambiados.

Los estudiantes identifican al menos 4 problemas u obstáculos que necesitan ser cambiados.

Los estudiantes identifican al menos 3 problemas u obstáculos que necesitan ser cambiados.

Los estudiantes identifican menos de 3 problemas u obstáculos que necesitan ser cambiados.

Discusión intensa: Soluciones

Los estudiantes identifican más de 4 soluciones o estrategias significativas y posibles para alentar el cambio.

Los estudiantes identifican al menos 4 soluciones o estrategias significativas y posibles para alentar el cambio.

Los estudiantes identifican al menos 3 soluciones o estrategias significativas y posibles para alentar el cambio.

Los estudiantes identifican menos de 3 soluciones o estrategias significativas y posibles para alentar el cambio.

Fuentes: Calidad

Los estudiantes incluyen 4 o más fuentes de información de alta calidad.

Los estudiantes incluyen 2-3 fuentes de información de alta calidad.

Los estudiantes incluyen 2-3 fuentes de información de alta calidad, pero algunas son de calidad cuestionable.

Los estudiantes incluyen menos de 2 fuentes de información.

Fuentes: Citas

La información en todas las citas es correcta con respecto al formato asignado.

La información en todas las citas es correcta pero hay errores menores en el formato.

La información en casi todas las citas es correcta, pero hay errores menores en el formato.

La información en las citas con frecuencia es incorrecta o hay errores menores en el formato.

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

Rúbrica para la evaluación del informe

Informe: “La importancia de las reacciones estequiométricas” Nombre del maestro(a): _____________________________________________________________ Nombre del estudiante: _____________________________________________________________ Indicador

10

8

6

5

Resultados de la investigación

La información está claramente relacionada con el tema principal y proporciona varias ideas secundarias y/o ejemplos.

La información da respuesta a las preguntas principales y 1-2 ideas secundarias y/o ejemplos.

La información da respuesta a las preguntas principales, pero no da detalles y/o ejemplos.

La información tiene poco o nada que ver con las preguntas planteadas.

Reacciones estequiométricas

Todas las reacciones estequiométricas fueron identificadas a lo largo del desarrollo del proyecto.

La mayor parte de las reacciones estequiométricas (75%) fueron identificadas a lo largo del desarrollo del proyecto.

La mayor parte de las reacciones estequiométricas (50%) fueron identificadas a lo largo del desarrollo del proyecto.

Uno o más temas no están tratados, sólo identifican menos del 50% de las reacciones estequiométricas.

Alternativas de solución

En el proyecto se identifican la cantidad de contaminantes generados por el combustible seleccionado y se proponen varias alternativas de solución respecto al problema identificado.

En el proyecto se identifican la cantidad de contaminantes generados por el combustible seleccionado y se propone algunas alternativas de solución respecto al problema identificado.

En el proyecto no se identifican todos los contaminantes generados por el combustible seleccionado y se proponen algunas alternativas de solución respecto al problema identificado.

En el proyecto no se identifican todos los contaminantes generados por el combustible seleccionado y tampoco se proponen algunas alternativas de solución respecto al problema identificado.

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38

Q

Química II

Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Producto a evaluar: Reporte de actividad experimental, página 34. Instrucciones de aplicación: El docente solicitará la elaboración de un reporte de la actividad experimental. La portada debe contener los datos de identificación de los integrantes del equipo. Núm. 1 2 3 4 5

Rasgos a evaluar El reporte resalta los datos de identificación del equipo. (1) El reporte tiene introducción al tema. (1) El reporte tiene organización, integración y coherencia de ideas. (2) El reporte muestra los resultados obtenidos. (2) El reporte presenta gráficas y conclusiones. (4) Totales

Cumplió

No cumplió

Evaluó: _____________________________________________________________ (Nombre)

Bloque I: Aplicas la noción de mol en la cuantificación de procesos químicos de tu entorno

Q

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Instrumento de evaluación: Guía de observación Desempeño a evaluar: Solución de ejercicios Instrucciones de aplicación: • Esta guía de observación deberá ser aplicada en equipos de cuatro personas. • Cada equipo resolverá los ejercicios propuestos de las páginas 32 y 33. • Uno de los integrantes del equipo anotará en el cuadro correspondiente el número que se ajuste a la percepción que tiene de sus compañeros de equipo respecto de las conductas que se anotan para resolver la actividad. Núm. 1 2 3 4 5 6

Rasgos a evaluar Elaboran una estrategia para la solución de la actividad. (1) Enfocan sus comentarios a la actividad. (1) Dan realimentación oportuna. (2) Reciben realimentación y la aprovechan. (2) Generan un ambiente para el aprendizaje. (1) Completan oportunamente la actividad y entregan los resultados obtenidos. (3) Totales

Equipo

Evaluó: _____________________________________________________________ (Nombre)

BLOQUE II Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo Competencias genéricas 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Competencias disciplinares ■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

42

Q

Química II

RETOS • •

Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología química en la contaminación ambiental. Propone estrategias de prevención de la contaminación del agua, del suelo y del aire.

Ambiente de aprendizaje La concentración de dióxido de carbono, el principal gas invernadero, en la atmósfera, no deja de aumentar. Desde el comienzo de la era industrial ha crecido de 280 a 350 ppm (partes de CO2 por millón de partes de aire). Para finales de este siglo se estima que las cifras llegan a 450 ppm. También otros gases, como el metano, refuerzan el efecto invernadero: mientras más moléculas floten en el aire, más calor quedará atrapado en la atmósfera. Si continúa aumentando el nivel de CO2, metano y CFC, la temperatura global promedio de 15°C podrá aumentar fácilmente en 30 o 50 años. La actividad humana afecta el calentamiento terrestre; los incendios de bosques y la quema de combustibles inyectan a la atmósfera 3500 millones de toneladas de dióxido de carbono cada año. Además, los 1200 millones de cabezas de ganado que habitan en el mundo, así como los cultivos de arroz, desprenden grandes cantidades de metano. http://www.ecoportal.net/content/view/full/169/offset/2

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

Q

E VALUACIÓN DIAGNÓSTIC A La ciencia de los alumnos 1. Relaciona ambas columnas, anotando en el paréntesis de la derecha la letra que responde cada una de las afirmaciones de la izquierda. a)

Sustancia o compuesto extraño que por diversas causas se incorpora al planeta, lo deteriora o altera su equilibrio.

Contaminante primario

(

)

Inversión térmica

(

)

b)

Tipo de contaminación inducida por el hombre.

Contaminante secundario

(

)

c)

Deterioro o desequilibrio de los componentes habituales de las esferas físicas de la Tierra.

Marea roja

(

)

Contaminante

(

)

d)

Fenómeno que se presenta cuando una capa de aire frío y denso es atrapada por una capa de aire caliente y menos denso, impidiendo la circulación del mismo.

Antropogénica

(

)

Contaminación

(

)

e)

Ejemplo de contaminación natural.

Lluvia ácida

(

)

f)

Sustancia o compuesto contaminante que emiten directamente las fuentes generadoras de contaminación.

g)

Precipitación de sustancias ácidas de la atmósfera al suelo.

h)

Sustancia o compuesto contaminante que resulta de las reacciones químicas entre los contaminantes.

2. Lee el artículo “Conciencia ecológica para preservar la vida” (Elizabeth Hernández Ordóñez/redaccion@ahora. cu/) y realiza las actividades propuestas.

43

44

Q

Química II

Contaminación del agua, del aire y del suelo El hombre, desde su origen, ha estado estrechamente relacionado con las condiciones de su entorno. Sin embargo, en su desarrollo evolutivo lo ha agredido de manera indiscriminada, sobre todo a partir de los avances de la ciencia y la tecnología, y como consecuencia de la emisión de sustancias agresivas que alteran las condiciones ambientales; como en el caso del monóxido de carbono, producto de la combustión incompleta de los hidrocarburos —y presente en los gases de escape de los automóviles—, que al ser inhalado se combina con la hemoglobina de la sangre y afecta al sistema respiratorio. Su toxicidad puede provocar la muerte. En los procesos de producción de energía eléctrica se utilizan combustibles fósiles y a causa de la deforestación, se desprende dióxido de carbono. Este gas contaminante tiene la propiedad de absorber las radiaciones infrarrojas de los rayos solares y, debido a su efecto de acumulación prolongada en la atmósfera terrestre, influye directamente en el efecto invernadero y en el calentamiento global; repercute en el cambio climático y en la elevación del nivel del mar, que a la larga puede causar el hundimiento de algunas islas. Por otra parte, la hulla y el petróleo contienen impurezas de azufre que al quemarse desprenden dióxido de azufre y al combinarse con el dioxígeno del aire, forma trióxido de azufre. Este gas, al ponerse en contacto con el vapor de agua de la atmósfera, produce ácido sulfúrico que cae junto con las precipitaciones atmosféricas en forma de un tipo de lluvia que abarca zonas muy extensas, daña la vegetación y las obras arquitectónicas. La capa de ozono es de vital importancia para preservar la vida en la Tierra, pues absorbe la mayor parte de los rayos ultravioleta del Sol. Sin embargo, los experimentos nucleares, los óxidos de nitrógeno y los gases denominados freones, que se encuentran en los atomizadores y aparatos de refrigeración, debilitan y causan daños irreparables en su estructura. Asimismo, el humo del cigarro contiene óxido nítrico y óxidos de carbono, sustancias que, además de variar las condiciones del entorno, afectan la salud humana. El agua, otro recurso natural indispensable para el desarrollo de la vida, es agredida indiscriminadamente con actitudes irresponsables que la afectan gravemente y que de no cuidarse será muy escasa en un futuro no muy lejano.

Actividad 1 Con la información obtenida elabora en el siguiente espacio un mapa conceptual con las ideas principales del artículo.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

Tu mapa conceptual debe tener: • • • •

relaciones válidas jerarquías conexiones cruzadas ejemplos válidos

Q

45

46

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Química II

Actividad 2 Contesta las siguientes preguntas: 1. ¿Qué entiendes por contaminación? ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Cómo se origina? ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ 3. ¿En tu comunidad (escuela, hogar, colonia, ciudad, país), qué se puede contaminar? ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ 4. ¿Qué problemas genera la contaminación? ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ 5. ¿Qué has hecho para evitar la contaminación en tu comunidad? ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________

Pero ¿qué es la contaminación? Existen diferentes definiciones para el concepto de contaminación, entre ellas se distinguen: 1. La palabra contaminación procede del latín contaminato y hace referencia a la acción y efecto de contaminar. Este verbo, por su parte, se utiliza para

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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denominar la alteración nociva de la pureza o de las condiciones normales de una cosa o un medio causada por agentes químicos o físicos. 2. La contaminación es la introducción, en un medio cualquiera, de un agente contaminante; la inserción de cualquier sustancia o forma de energía con potencial para provocar daños, irreversibles o no, en el medio inicial. 3. “Alteración ambiental por adición de materia o energía que afecte en forma nociva la salud de los organismos.” 4. “Deterioro o desequilibrio de los componentes habituales de las esferas físicas de la Tierra por la adición de materias extrañas o la desaparición o incremento anómalo de sus componentes normales.” 5. Liberación de sustancias que de manera directa o indirecta causan efectos adversos en el medio ambiente y los seres vivos. La contaminación es uno de los problemas más graves que existen en el planeta y uno de los más peligrosos, ya que al destruir la Tierra y su naturaleza original, amenaza con extinguir a la especie humana. Como ya vimos, la contaminación es la introducción de agentes biológicos, químicos o físicos en un medio al que no pertenecen. Es la modificación indeseable de la composición natural de un medio como el agua, el aire o los alimentos. Los más importantes tipos de contaminación son los que afectan a los recursos naturales básicos: el aire, los suelos y el agua. Algunas de las alteraciones medioambientales más graves relacionadas con los fenómenos de contaminación son los desechos radiactivos, el esmog, el efecto invernadero, la lluvia ácida, la destrucción de la capa de ozono, la eutrofización de las aguas o las mareas negras. Ciertos tipos de contaminación dependen de los factores que los afectan. Después de tratar el tema de contaminación en general, se tratarán los principales tipos de contaminación: • • • • • • •

contaminación del agua contaminación del aire contaminación del suelo contaminación radiactiva contaminación lumínica contaminación sonora contaminación visual

Contaminación del agua El agua es uno de los cuatro recursos naturales fundamentales para que la vida en la Tierra prospere, junto con el aire, la tierra y la energía. También es el compuesto químico más abundante del planeta y resulta indispensable para el desarrollo de la vida. En la naturaleza se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso. El agua pura es un recurso renovable. Sin embargo, la actividad humana la puede deteriorar a tal grado que pierde su utilidad o calidad.

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El agua se considera contaminada cuando ya no sirve para el uso, en su estado natural, o cuando sus propiedades químicas, físicas y biológicas, es decir su composición, se ven alteradas. En general, el agua está contaminada cuando pierde su potabilidad para consumo diario o para su utilización en actividades domésticas, industriales o agrícolas. Para evitar las consecuencias del uso del agua contaminada se han ideado mecanismos de control temprano de la contaminación. Existen normas que establecen los límites permisibles de contaminación; buscan asegurar que el agua que se utiliza no sea dañina. Cada país debe contar con una institución que Estados de agregación del agua. se encargue de dicho control. En Estados Unidos, por ejemplo, existen parámetros mencionados en la Farmacopea de Estados Unidos (USP por sus siglas en inglés) que norman, con relación a especificaciones de todo tipo, el agua potable. En el área microbiológica, por ejemplo, consideran niveles de alerta y niveles de acción. A pesar del control y prevención que se persigue en muchos países del mundo, continuamente se reportan aguas contaminadas con coliformes, lo que disminuye notablemente la calidad del agua. Si bien muchos países tienen agua en grandes cantidades, el aumento poblacional, la contaminación de las industrias, el uso excesivo de agroquímicos, la falta de tratamiento de aguas negras y la erosión de los suelos por la deforestación hacen que ese recurso sea escaso.

¿De dónde procede la contaminación del agua? La contaminación del agua es producto, generalmente, de las actividades humanas. Diversas fuentes humanas añaden agentes contaminantes al agua. Agentes

Ejemplos

Microorganismos patógenos cau-

Fiebre tifoidea, paratifus, hepatitis, disenterías,

santes de enfermedades

gastroenteritis diversas, hepatitis, etcétera. Detergentes, fertilizantes, petróleo, gasolina, plás-

Productos orgánicos

ticos, plaguicidas, disolventes, pesticidas, alquitrán, aceites combustibles, etcétera.

Pesticidas orgánicos

DDT, aldrín, dieldrín, etcétera. Nitratos, nitritos, fluoruros. Arsénico, selenio, mer-

Productos químicos inorgánicos

curio, ácidos, sales y metales tóxicos, como el mercurio y el plomo.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Causas de la contaminación del agua Las principales causas de la contaminación del agua son: • Descargas de aguas usadas en actividades domiciliarias (desagües) en ríos y mares. • Descargas de desagües industriales y aguas negras. • Emisiones industriales en polvo, como cementos, yeso, entre otros. • Quema de basuras (CO2 y gases tóxicos). • Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión). • Derrames de petróleo (hidrocarburos gaseosos). • Corrientes de aire: relación entre presión y temperatura.

¿Cómo afecta a nuestra salud la contaminación del agua? La contaminación del agua puede afectar de dos formas: • Directamente: cuando se consume agua contaminada. • Indirectamente: cuando las plantas y los animales han sido contaminados y luego sirven de alimento a las personas.

Contaminación del aire Es la que se produce como consecuencia de la emisión de sustancias tóxicas. La contaminación del aire puede causar trastornos como: ardor en los ojos y en la nariz, irritación y picazón de la garganta, y problemas respiratorios. En determinadas circunstancias, algunas sustancias químicas que se encuentran en el aire contaminado pueden producir cáncer, malformaciones congénitas, daños cerebrales y trastornos en el sistema nervioso, así como lesiones pulmonares y en las vías respiratorias. En determinado nivel de concentración y después de cierto tiempo de estar expuesto a ellos, ciertos contaminantes del aire son sumamente peligrosos y pueden causar serios trastornos a la salud, incluso la muerte. Asimismo, la contaminación del aire también afecta el medio ambiente, como la flora arbórea, la fauna y los lagos. La polución también ha reducido el espesor de la capa de ozono; deteriorado edificios, monumentos, estatuas y otras estructuras. La contaminación del aire puede causar neblina, que reduce la visibilidad en los parques nacionales y en ocasiones constituye un obstáculo para la aviación.

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¿Cuáles son los principales contaminantes del aire? Monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), clorofluorocarbonos (CFC), contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP por sus siglas en inglés), plomo, ozono (O3), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas de materia sólida en suspensión en forma de humo, polvo y vapores, dióxido de azufre (SO2), compuestos orgánicos volátiles (VOC por sus siglas en inglés), entre otros.

Contaminación del suelo El suelo es un medio receptivo por excelencia; al interactuar con la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera recibe el impacto de los seres vivos que, de manera directa o indirecta, pueden romper el equilibrio químico establecido en su seno. También es importante mencionar que el suelo posee una capacidad autodepurativa, en sus horizontes más contaminados, lo que le permite asimilar cierta cantidad de contaminantes. Los contaminantes edáficos, o del suelo, pueden clasificarse en endógenos y exógenos. Los endógenos provienen del mismo suelo, mientras que los exógenos provienen del exterior. La presencia de un contaminante endógeno es producto de un desequilibrio natural que conduce a la proliferación de un componente a niveles nocivos para las especies. Un suelo se puede degradar al acumular altos niveles de sustancias que se vuelven tóxicas para los organismos que habitan en él y repercuten de manera negativa en su comportamiento. Es una degradación química que provoca la pérdida parcial o total de la productividad del suelo. Existe una serie de productos químicos, como los abonos sintéticos, herbicidas e insecticidas, que son sumamente útiles para la agricultura, pero que cuando se usan en forma inadecuada, o abusiva, producen alteraciones en el suelo y bajan la producción. En algunos casos, el problema surge tiempo después, cuando los contaminantes se difundieron de la superficie a los ríos, a la capa freática o a los mantos acuíferos. Los principales efectos de los abonos sintéticos usados en forma exagerada son los siguientes: matan a los organismos útiles en el suelo, como lombrices, insectos, ácaros, bacterias, hongos y, al llegar al agua, producen eutrofización: un crecimiento exagerado de las plantas acuáticas.

Actividad 3 Investiga el siguiente término: eutrofización.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Tipos de contaminación Por su origen, la contaminación se clasifica en natural y antropogénica o antrópica. La contaminación natural es originada por la naturaleza en sus manifestaciones espontáneas. Se ha presentado desde antes de la aparición del hombre, ejemplo de ésta son las erupciones volcánicas, la marea roja que con frecuencia se presenta en el medio marino, la contaminación de las aguas (como las del Golfo de México) causada por el petróleo crudo que fluye de manera natural desde las grietas del fondo marino. La característica principal de la contaminación natural es que, por lo general, se encuentra dispersa en un área mayor, razón por la cual su efecto es diluido por los procesos naturales. La contaminación antropogénica, también llamada antrópica, es inducida por el hombre. Surgió con el desarrollo industrial y es originada por los desechos sólidos, líquidos o gaseosos. Afecta a la población humana y al ecosistema en general. Ejemplos de este tipo de contaminación son la basura y el esmog, así como las descargas en agua, aire y suelo derivadas de procesos industriales.

Tipos de contaminación

Natural

Antropogénica

Urbana o doméstica

Actividad productiva

Industria Agricultura y ganadería Otras industrias

Actividad 4 Completa el siguiente cuadro que hace referencia a la contaminación natural y antropogénica. Busca información en tu biblioteca escolar o en la red.

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Tipo de contaminación Natural

Fenómeno

Consecuencia

Erupciones volcánicas

Fatiga auditiva, sordera, alteraciones del ritmo cardiaco. Marea roja

Antropogénica

Contaminación por radiactividad

Alteración del metabolismo de los organismos que habitan un medio, como consecuencia de la descarga de agua caliente en ríos o lagos.

Contaminantes antropogénicos primarios y secundarios Las sustancias o compuestos extraños que por diversas causas y desde diferentes fuentes se incorporan a una esfera física del planeta deteriorando o alterando su equilibrio, reciben el nombre de contaminantes. Una de sus principales características es su persistencia; es decir, el tiempo que puede durar su acción, si es susceptible de degradarse o no.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Clasificación de los contaminantes Degradables

Biodegradables

Por su acción No degradables Biológicos Por su naturaleza

Físicos Químicos Primarios

Por su origen Secundarios A continuación te presentamos algunos ejemplos de contaminantes: Tipo

Ejemplo(s)

No degradables

Metales pesados, isótopos radiactivos, residuos mineros.

Biológicos

Bacterias, hongos, protozoarios.

Físicos

Ruido, radiactividad, energía térmica.

Químicos orgánicos

Químicos inorgánicos

Hidrocarburos, restos orgánicos derivados de vegetales y animales. Monóxido de carbono, bióxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, vidrio, metales.

• Contaminantes primarios. Sustancia o compuesto contaminante que emiten directamente las fuentes generadoras de contaminación. • Contaminantes secundarios. Sustancia o compuesto contaminante que resulta de las reacciones químicas entre los contaminantes primarios y otras materias existentes en el medio, especialmente en la atmósfera, ocasionadas por la influencia de los componentes del clima. Contaminantes primarios

Contaminantes secundarios

• Bióxido de azufre (SO2)

• Trióxido de azufre

• Ácido sulfhídrico (H2S)

• Ácido sulfúrico

• Óxido de nitrógeno (NO)

• Cetonas y aldehídos

• Amoniaco (NH3)

• Bióxido de nitrógeno

• Monóxido de carbono (CO) • Hidrocarburos (HC) • Halógenos

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Actividad 5 1. En equipo de cuatro personas elaboren un mapa conceptual que contenga los principales contaminantes que afectan su entorno. 2. Clasifíquenlos como contaminantes primarios o secundarios. 3. Describan los problemas que genera cada uno. Mapa conceptual

Contaminante

Primario

Secundario

Contaminante identificado en tu entorno

Consecuencia(s) que produce

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Contaminación del agua El agua no sólo es parte esencial de nuestra naturaleza física y la de los demás seres vivos, sino que contribuye al bienestar en todas las actividades humanas. El agua es un elemento indispensable en la dieta de todo ser vivo, pues sin ella no podría mantenerse la vida. Ofrece grandes beneficios al hombre, pero también puede transmitir graves enfermedades, como el cólera. El agua de mares y ríos ha sido utilizada como medio principal de evacuación de los desperdicios humanos. Los ciclos biológicos del agua aseguran la reabsorción de dichos desperdicios, que son orgánicos y reciclables. Sin embargo, en la actualidad son arrojadas a los ríos y mares cantidades mayores de desperdicios con productos químicos nocivos que destruyen la vida animal y vegetal acuática, pues anulan o exceden la acción de las bacterias y las algas en el proceso de biodegradación de los contaminantes orgánicos y químicos de las aguas. La contaminación en los ríos ha causado la desaparición de la vegetación natural, así como la disminución de la cantidad de oxígeno, ocasionando la muerte de peces y otros animales acuáticos. El petróleo vertido en el mar daña gran parte de la fauna y flora.

Contaminantes del agua Agentes

Ejemplos

Microorganismos patógenos cau-

Fiebre tifoidea, paratifus, hepatitis, disenterías,

santes de enfermedades

gastroenteritis, diversas hepatitis, etcétera. Detergentes, fertilizantes, petróleo, gasolina, plásti-

Productos orgánicos

cos, plaguicidas, disolventes, pesticidas, alquitrán, aceites combustibles, entre otros.

Pesticidas orgánicos

DDT, aldrín, dieldrín, etcétera. Nitratos, nitritos, fluoruros, arsénico, selenio, mer-

Productos químicos inorgánicos

curio, ácidos, sales y metales tóxicos como el mercurio y el plomo.

Contaminantes de agua y aire Una fuente de emisión o fuente generadora de contaminación es el origen físico o geográfico donde se produce una emisión contaminante del ambiente, sea el aire, el agua o el suelo. Se clasifican en: a) Móviles, término aplicado principalmente a los vehículos automotores, barcos, aviones, entre otros. Representa aproximadamente 70% de la contaminación atmosférica.

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b) Fijas, que muestran ausencia de movilidad en un área determinada durante la emisión de los contaminantes. Algunos ejemplos son chimeneas industriales, plantas generadoras de energía, quema de vegetación para practicar la agricultura, quema de basura. Las fuentes que generan contaminación antropogénica más importantes son las siguientes: Dependiendo del proceso industrial, pueden emitir desechos sólidos al aire o la hidrosfera.

Al aire Óxidos de azufre

Al agua Sales metálicas como cloruros, sulfatos, nitratos, fosfatos y carbonatos

Industriales

Óxidos de nitrógeno

Solventes

Partículas suspendidas

Breas

Bióxido y monóxido de carbono

Colorantes sintéticos Detergentes Jabones

Desde tiempos remotos el hombre ha empleado plaguicidas, herbicidas y fertilizantes para aumentar Agrícolas

el rendimiento de las cosechas; sin embargo, el uso constante de los mismos ha traído problemas de contaminación, tanto en los suelos como en los alimentos y las aguas.

Comerciales

Se refiere principalmente a desechos sólidos derivados de envolturas y empaques utilizados en productos comerciales.

De manera tradicional, el medio ambiente se ha dividido, para su estudio e interpretación, en tres componentes: aire, agua y suelo. Esta división es arbitraria, ya que la mayoría de los contaminantes interactúan con más de uno de los elementos del ambiente. Aire Población

Suelo

Contaminación

Agua

Reacciones químicas La atmósfera terrestre se divide en capas, cuya composición varía de acuerdo con la altura, que son, en orden ascendente: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Capas de la atmósfera Los problemas más importantes que se han generado como resultado de la contaminación antropogénica y de las reacciones químicas entre los contaminantes son: la inversión térmica, el esmog, la lluvia ácida y el efecto invernadero.

Inversión térmica La circulación atmosférica ocurre en el fondo de los valles, cuando el aire caliente de la superficie terrestre asciende a capas superiores de la atmósfera haciendo que descienda el aire frío; cuando el aire de la superficie es más fresco que el de las capas superiores, no puede ascender y permanece en las capas bajas, evitando el ascenso de los contaminantes. El efecto que produce la inversión térmica es la reducción de la dispersión vertical de los contaminantes, por lo que la concentración local aumenta. De los diversos tipos de inversiones, los dos más usuales son los formados por el descenso de una capa de aire dentro de una masa de aire de alta presión —a este fenómeno se le conoce como inversión por asentamiento— y la formada por la radiación nocturna de la superficie del suelo a la atmósfera local.

Esmog El vocablo esmog resulta de la contracción de los términos ingleses smoke (humo) y fog (niebla), que se refiere a una neblina o niebla formada principalmente por

Capas de la atmósfera

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Química II

productos contaminantes. Este término se utilizó por primera vez a principios del siglo xx para hacer referencia a los episodios de contaminación atmosférica de diversas ciudades británicas. Su origen se dio como resultado de las reacciones químicas de contaminantes de tipo sulfuroso con el agua. Afecta principalmente áreas urbanas de carácter industrial. El dióxido de azufre, generado a partir de la combustión de carbón y petróleo, se combina con un átomo de oxígeno, dando origen al trióxido de azufre, que, al absorber agua, forma el ácido sulfúrico. Éste, al ser altamente higroscópico, favorece la formación de nieblas y la acidificación del agua de lluvia. El esmog ácido ataca a los vegetales deteniendo su desarrollo. También corroe y degrada la piedra en monumentos. Sus efectos más perjudiciales en la salud humana son dolores de cabeza, náusea, irritación ocular y de las mucosas.

Lluvia ácida Uno de los problemas derivados de la contaminación del aire es la lluvia ácida que se clasifica como tal cuando el agua de lluvia tiene un pH menor que 5.5. En ella se encuentran disueltos en cantidades apreciables: ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido carbónico. Fue descubierta por primera vez en Londres, Inglaterra, a principios del siglo pasado, cuando, en cierta ocasión, los londinenses empezaron a sentir una especie de ardor en la piel al mojarse con la lluvia. La lluvia ácida, entre otros efectos, corroe las estructuras metálicas y las superficies de los edificios, resquebraja estatuas, rompe los armazones de nailon, desmineraliza el suelo, degrada las aguas subterráneas y hace más lento el proceso de la fotosíntesis, por lo que los ríos y lagos son incapaces de sostener su población.

Efecto invernadero Llamado también calentamiento global o efecto greenhouse, cobró importancia a partir de la década de los ochenta, cuando se comprobó que en las últimas décadas del siglo pasado se habían producido las mayores temperaturas registradas hasta el momento. El efecto invernadero es resultado, principalmente, de la presencia de algunos gases y partículas en la atmósfera que permiten el paso de la luz solar a la superficie del planeta y que se refleja parcialmente de la Tierra a la atmósfera. Sin embargo, a mayor concentración de gases, la energía reflejada por la Tierra dis-

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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minuye, quedando atrapada por la capa de gases y partículas. Al aumentar la concentración de gases, la temperatura de la superficie terrestre aumenta, pues cierta cantidad de calor queda atrapada en la parte baja de la atmósfera. Las reacciones atmosféricas que producen los compuestos ácidos son: CO2 + H2O 2SO2 + O2 SO3 + H2O 2NO + O2 3NO2 + H2O

H2CO3 2SO3 H2SO4 2NO2 2HNO3 + NO

Actividad 6 Con base en lo visto en el bloque I así como en las reacciones anteriores, resuelve los siguientes planteamientos: a) ¿Cuántos kilogramos de ácido carbónico (H2CO3) se producen a partir de 25 litros de CO2? b) ¿Cuántos litros de SO3 se requieren para producir 50 litros de H2SO4? c) ¿Cuántos moles de SO3 se producen a partir de 5 moles de SO2?

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Actividad 7 En equipos de tres personas elaboren un tríptico en el que mencionen algún tipo de contaminación que exista en su comunidad; propongan alternativas de solución para dicho problema. Actividad integradora Foro: “Investigación sobre los programas gubernamentales con los que cuenta tu comunidad u otras comunidades de tu interés para combatir la contaminación ambiental.” 1. En equipos de trabajo investiguen, en los medios disponibles, los programas gubernamentales con los que cuenta su comunidad para combatir la contaminación ambiental. 2. Con la información obtenida elaboren un ensayo en el que destaquen la importancia y efectividad de los programas investigados, así como las áreas de oportunidad de los mismos. 3. Presenten ante el grupo los ensayos para su análisis y discusión.

A manera de resumen Pérdida de la biodiversidad Cambio climático

Adelgazamiento de la capa de ozono

Problemas mundiales

Contaminación de aguas continentales

Problemas regionales y locales

Deforestación

Contaminación atmosférica

Generación de residuos tóxicos

Incremento de la población urbana

Erosión Contaminación del suelo, del agua y del aire

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Proyecto 1. En equipo de cuatro personas elaboren un collage que refleje los conocimien-

tos aprendidos a lo largo del bloque, así como los resultados de sus actividades e investigaciones. 2. Consideren lo siguiente para la elaboración de su proyecto:

a) La relación entre los temas abordados. b) Los resultados de sus actividades e investigaciones, así como del foro. c) Propuesta(s) para el cuidado de su entorno. d) Propuesta(s) de acciones viables para la prevención de la producción de contaminantes en su localidad.

¿Cuánto aprendí? Contesta cada una de las siguientes preguntas. 1. ¿Cómo se clasifica la contaminación de acuerdo con su origen? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 2. ¿Cuál es la diferencia entre contaminación biológica, física y química? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 3. ¿Cómo se dividen las fuentes de contaminantes de origen antropogénico? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 4. Explica brevemente cuándo un contaminante primario se convierte en contaminante secundario. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

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Química II

5. ¿Cómo se define la lluvia ácida y cuáles son sus efectos? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Rúbrica para la evaluación del collage

Collage: “El impacto ambiental en mi comunidad” Nombre del maestro(a): ___________________________________________________________________ Nombre del estudiante: ____________________________________________________________________ Indicador

Excelente

Muy bien

Bien

No satisfactorio

Atención al tema

El estudiante da una explicación razonable de cómo cada elemento está relacionado con el tema asignado. En la mayoría de los elementos, la relación es clara sin ninguna explicación.

El estudiante da una explicación razonable de cómo la mayoría de los elementos están relacionados con el tema asignado. Para la mayoría de los elementos, la relación está clara sin ninguna explicación.

El estudiante da una explicación bastante clara de cómo los elementos están relacionados con el tema asignado.

Las explicaciones del estudiante son vagas e ilustran su dificultad en entender cómo los elementos están relacionados con el tema asignado.

Calidad de la construcción

El collage muestra una considerable atención en su construcción. Sus componentes están nítidamente cortados. Todos los elementos están cuidadosa y seguramente pegados al fondo. No hay marcas, rayones o manchas de pegamento. Nada cuelga de los bordes.

El collage muestra atención en su construcción. Los elementos están nítidamente cortados. Todos los elementos están cuidadosa y seguramente pegados al fondo. Tiene algunas marcas notables; rayones o manchas de pegamento presentes. Nada cuelga de los bordes.

El collage muestra algo de atención en su construcción. La mayoría de los elementos están cortados. Todos los elementos están seguramente pegados al fondo. Hay pocas marcas notables; rayones o manchas de pegamento presentes. Nada cuelga de los bordes.

El collage fue construido descuidadamente, los elementos parecen estar colocados al azar. Hay piezas sueltas sobre los bordes. También hay rayones, manchas, rupturas, bordes no nivelados y marcas son evidentes.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Creatividad

Varias de las gráficas u objetos usados en el collage reflejan un excepcional grado de creatividad en el estudiante, en su creación y en su exhibición.

Una o dos de las gráficas u objetos usados en el collage reflejan la creatividad del estudiante en su creación y en su exhibición.

Una o dos gráficas u objetos fueron hechos o personalizados por el estudiante, pero las ideas eran típicas más que creativas.

El estudiante no hizo o personalizó ninguno de los elementos en el collage.

Títulos y texto

Los títulos y el texto están escritos claramente y son fáciles de leer desde lejos. El texto varía en color, tamaño y estilo de acuerdo con los diferentes elementos del texto.

Los títulos y el texto están escritos claramente y pueden ser leídos de cerca. El texto varía en color, tamaño y estilo de acuerdo con los diferentes elementos del texto.

Los títulos y el texto están escritos claramente y son fáciles de leer de cerca. Hubo una ligera variación en la apariencia del texto.

Los títulos y el texto son difíciles de leer, inclusive cuando el lector está cerca.

Tiempo y esfuerzo

El tiempo de la clase fue usado sabiamente. Gran parte del tiempo y del esfuerzo estuvo en la planeación y diseño del collage. Es claro que el estudiante trabajó en su hogar así como en la escuela.

El tiempo de la clase fue usado sabiamente. Sin embrago, el estudiante pudo haber puesto más tiempo y esfuerzo de trabajo en su hogar.

El tiempo de clase no fue usado sabiamente, pero el estudiante hizo sólo algo de trabajo adicional en su hogar.

El tiempo de clase no fue utilizado sabiamente y el estudiante no puso esfuerzo adicional.

Rúbrica para la evaluación del debate

Debate de clase: “Legislación para combatir la contaminación en mi comunidad” Nombre del maestro(a) ______________________________________________________________ Nombre del estudiante: _____________________________________________________________ Indicador

Excelente

Muy bien

Bien

Insuficiente

Entendiendo el tema

El equipo claramente entendió el tema a profundidad y presentó su información enérgica y convincentemente.

El equipo claramente entendió el tema a profundidad y presentó su información con facilidad.

El equipo parecía entender los puntos principales del tema y los presentó con facilidad.

El equipo no demostró un adecuado entendimiento del tema.

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Química II

Información

Toda la información presentada en el debate fue clara, precisa y minuciosa.

La mayor parte de la información en el debate fue clara, precisa y minuciosa.

La mayor parte de la información en el debate fue presentada en forma clara y precisa, pero no siempre fue minuciosa.

La información tiene varios errores, no fue siempre clara.

Organización

Todos los argumentos fueron vinculados a una idea principal (premisa) y organizados de manera lógica.

La mayoría de los argumentos fueron claramente vinculados a una idea principal (premisa) y organizados de manera lógica.

Todos los argumentos fueron claramente vinculados a una idea principal (premisa), pero la organización no fue, algunas veces, ni clara ni lógica.

Los argumentos no fueron claramente vinculados a una idea principal (premisa).

Rebatir

Todos los contraargumentos fueron precisos, relevantes y contundentes.

La mayoría de los contra-argumentos fueron precisos, relevantes y contundentes.

La mayoría de los contra-argumentos fueron precisos y relevantes, pero algunos fueron débiles.

Los contra-argumentos no fueron precisos ni relevantes.

Rúbrica para la evaluación del tríptico

Elaboración de un tríptico: Contaminación y alternativas de solución Nombre del maestro(a): _____________________________________________________________ Nombre del equipo:_________________________________________________________________ CATEGORÍA

4

3

2

1

Gráficos

Los gráficos van bien con el texto y hay una buena combinación entre éstos y el texto.

Los gráficos van bien con el texto, pero hay muchos que se desvían del mismo.

Los gráficos van bien con el título, pero hay muy pocos y el folleto parece tener un “texto pesado” para leer.

Los gráficos no van con el texto y aparentan haber sido escogidos sin ningún orden.

Atracción y organización

El folleto tiene un formato excepcionalmente atractivo y una información bien organizada.

El folleto tiene un formato atractivo y una información bien organizada.

El folleto tiene la información bien organizada.

El formato del folleto y la organización del material son confusos para el lector.

Bloque II: Actúas para disminuir la contaminación del aire, del agua y del suelo

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Contenido y precisión

Toda la información en el folleto es correcta.

99-90% de la información en el folleto es correcta.

89-80% de la información en el folleto es correcta.

Menos de 80% de la información en el folleto es correcta.

Ortografía

No existen errores ortográficos o de acentuación.

Existen de tres a cinco errores ortográficos o de acentuación.

Existen más de cinco errores ortográficos o de acentuación.

Existen más de diez errores ortográficos o de acentuación.

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BLOQUE III Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos Competencias genéricas 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Competencias disciplinares ■

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Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas y contribuyendo a alcanzar un equilibrio entre el interés y bienestar individual y general de la sociedad. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea hipótesis para contribuir al bienestar de la sociedad. Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información que permita responder preguntas de carácter científico y/o realizar experimentos pertinentes, consultando fuentes relevantes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones, aportando puntos de vista con apertura, y considerando los de otras personas de manera reflexiva. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas, dialogando y aprendiendo de personas con distintos puntos de vista. Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción del conocimiento, explicitando las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Diseña, aplica y prueba la validez de modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. Expresa ideas y conceptos mediante representaciones gráficas que le permitan relacionar las expresiones simbólicas de un fenómeno.

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Q

Química II

Proyecto: La química en tu vida diaria

La gran mayoría de los proyectos de agua y saneamiento se concentran en poner más agua a disposición de la gente, así como en animar buenas prácticas de higiene personal. La cantidad de agua usada para bañarse, limpiar y otras tareas domésticas es más importante para la salud que su calidad. Sin embargo, si el agua no está limpia a menudo causa diarrea y otras enfermedades. a) En equipo investiguen en su comunidad, barrio, fraccionamiento o colonia si existen plantas de tratamiento de agua. Identifiquen los elementos utilizados en el proceso; sus propiedades, los métodos empleados, sus usos, así como su impacto en la comunidad en costo, infraestructura, beneficios y ayuda al medio ambiente. b) Realicen una presentación en PowerPoint en la que resalten las ideas principales así como las conclusiones de su reporte.

RETOS Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones).

E VALUACIÓN DIAGNÓSTIC A Resuelve el siguiente crucigrama. HORIZONTALES 1. Cantidad de soluto en cien partes de la disolución. 4. Método de separación empleado para dividir dos líquidos miscibles de acuerdo con su punto de ebullición. 9. Tipo de mezcla en la que no se observan fases de separación. 10. Sustancia que se encuentra en mayor proporción dentro de una disolución. 11. Unión de dos o más sustancias en proporción variable. 14. Porción mínima de un compuesto. 15. Los elementos y compuestos forman parte de…

VERTICALES 2. Se constituye por dos o más elementos en proporciones fijas definidas. 3. Método de separación empleado para separar sustancias de tipo magnético. 5. Se constituye por átomos del mismo tipo. 7. Sustancias capaces de aceptar protones. 8. Granito, zumo de jugo de naranja, la arena, etcétera, son ejemplos de mezclas… 10. Componente de una disolución que se encuentra en menor proporción. 12. Concentración de una disolución que se determina conociendo el número de moles por litro de disolución. 13. Sustancias capaces de ceder protones.

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Ambiente de aprendizaje La leche es el alimento más completo por excelencia. La composición de la leche varía según el mamífero que la produce, pero en general está compuesta por agua, grasas, proteínas, azúcares y minerales, además de otras sustancias presentes en menor concentración. Es un sistema biológico complejo en el que interaccionan tres tipos de mezclas: disolución, coloide y emulsión.

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Química II

La ciencia de los alumnos

Clasifica los distintos objetos materiales según el tipo de materia que los compone: Elementos químicos

a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Compuestos

Mezcla homogénea (disolución)

Mezcla heterogénea

Nitrato de cobre Agua marina Gas oxígeno Calcita (CaCO3) Granito Petróleo Azufre Zumo de naranja Amalgama Cobre

Clasificación de la materia La materia puede clasificarse en dos categorías principales: • Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades. • Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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Clasificación de la materia Materia

Sustancias puras

Elementos químicos

Mezclas

Homogénea (disoluciones)

Compuestos

Heterogénea

Sustancias puras Son las que se encuentran constituidas por un solo tipo de material, tienen una composición fija y definida. Dentro de las sustancias puras encontramos los elementos y los compuestos.

Cobre

Sodio

Potasio

Fósforo

Azufre

Fierro

El Cu, Na, K, P, S, Fe, etc., son ejemplos de elementos, definidos como sustancias simples que no pueden descomponerse en otras más simples por medios químicos ordinarios. El átomo es la partícula más pequeña de un elemento que puede participar en una reacción química. Está constituido por partículas subatómicas, pero éstas no tienen las propiedades del elemento correspondiente.

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Química II

La porción más pequeña que constituye a los elementos es el átomo.

Los elementos químicos se representan por medio de símbolos y varían en abundancia: el oxígeno, silicio, aluminio, hierro y calcio constituyen más de 90% de la corteza terrestre, y más de 98% de la masa del cuerpo humano está constituida por C, H, O, N, Ca y P. Los elementos se encuentran agrupados dentro de la tabla periódica.

Compuestos Los compuestos son resultado de la unión química de dos o más elementos en proporciones definidas.

H

O

H

La porción mínima de un compuesto es la molécula.

Los elementos que constituyen a un compuesto se han combinado de tal manera que no es posible identificarlos por sus propiedades originales. La única manera de separar los componentes de un compuesto es por medio de métodos químicos, como la electrólisis. Los compuestos se representan mediante fórmulas químicas y sus unidades básicas son las moléculas. La molécula puede definirse como la parte más pequeña de un compuesto, que es la sustancia pura formada por combinación de dos o más elementos químicos y que mantiene sus propiedades químicas. Existen moléculas diatómicas (de dos átomos) como el O2 y CO. La primera de ellas es, también, homonuclear, porque los dos átomos que la componen son idénticos, mientras que la segunda, el CO, es heteronuclear porque los dos átomos que la componen son distintos. Lógicamente, también existen moléculas con más de dos átomos, como CaCl2 y CO2. Las propiedades de los compuestos químicos son generalmente muy distintas a las de los elementos que los componen. Así, por ejemplo, el Cl2 es un gas tóxico y el Na un metal muy activo. Sin embargo, el cloruro de sodio (NaCl) o sal común, es un compuesto necesario en nuestro organismo.

Mezclas En tu curso de Química I estudiaste algunas de las propiedades de la materia, como su composición, estados de agregación, entre otros. Ahora estudiarás otras

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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características desde el punto de vista de un ordenamiento sistemático de la misma. El siguiente cuadro indica la clasificación básica de la materia en términos de heterogeneidad y homogeneidad:

Heterogénea

Materia

Mezclas heterogéneas

Puede ser

Mezclas Soluciones Homogénea

En estudios realizados recientemente se ha descubierto que el humo del tabaco contiene aproximadamente 3000 sustancias nocivas, algunas sumamente dañinas para la salud.

Compuestos Sustancias Elementos

Muchos elementos que constituyen nuestro planeta, como el aire que respiramos, el agua de mar, los minerales, los diferentes tipos de suelo e incluso el universo mismo están constituidos por combinaciones de dos o más sustancias, conocidas como mezclas.

Una mezcla es la combinación de dos o más sustancias en proporciones variables y que se pueden separar por métodos físicos.

La estatua de bronce es un buen ejemplo de mezcla homogénea.

Las mezclas, a diferencia de los compuestos, no modifican las propiedades originales de las sustancias que las constituyen. Existen dos tipos de mezclas: a) Homogéneas b) Heterogéneas En las mezclas homogéneas las partículas que las constituyen son indistinguibles a simple vista, su composición se mantiene constante en cualquiera de sus partes, como en la leche, el refresco, la tinta, el champú, el petróleo, el aceite, el agua de mar, etc. Estos ejemplos se encuentran en estado líquido y se conocen como soluciones. En cambio, en las mezclas heterogéneas se pueden distinguir sus componentes a simple vista; su apariencia no es uniforme. Algunos ejemplos son el agua y el aceite, la arena, una ensalada, un coctel de frutas, etcétera. Las mezclas homogéneas y las heterogéneas se pueden presentar en estado sólido, líquido o gaseoso.

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Química II

Actividad 1 En la siguiente lista de mezclas, indica si es homogénea o heterogénea. Sustancia

Mezcla homogénea

Mezcla heterogénea

Leche Agua de horchata Mayonesa Sopa de verduras Ensalada de frutas Agua–acetona Jugo de naranja Goma de borrar Detergente para ropa Fruta con yogur

Actividad 2 1. Se tienen cinco recipientes marcados del 1 al 5. Indica en qué estado de agregación se encuentra cada uno de sus componentes: Núm. de recipiente

Sustancias contenidas

1

Aceite y refresco

2

Cetona y agua

3

Limadura de hierro y polvo de azufre

4

Alcohol–azúcar

5

Agua y sal

Estados de agregación de los componentes

2. Ahora, con base en lo que contestaste en el ejercicio anterior, indica: ¿qué harías para separar cada uno de los componentes de las mezclas anteriores?, comparte tus respuestas con tus compañeros. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Métodos de separación de mezclas En la naturaleza, las sustancias forman mezclas y compuestos que se deben separar y purificar para estudiar sus propiedades tanto físicas como químicas. Estos procedimientos físicos se denominan métodos de separación. Decantación. Separación mecánica de un sólido de grano grueso, insoluble, de un líquido. El proceso consiste en verter con cuidado el líquido, después de que se ha sedimentado el sólido. Por ejemplo, arena y agua. Filtración. Tipo de separación mecánica que se emplea para eliminar sólidos insolubles de grano fino de un líquido. Consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso de manera que, al pasar el líquido, se retenga el sólido. En el laboratorio se usa el papel filtro, que se coloca en forma de cono en un embudo de vidrio, a través del cual se hace pasar la mezcla; el filtro retiene la parte sólida y deja pasar el líquido. Evaporación. Consiste en la separación de un sólido disuelto en un líquido que, mediante el calentamiento, hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura. Centrifugación. Proceso mecánico que por medio de un movimiento acelerado de rotación provoca la sedimentación de los componentes de una mezcla con diferente densidad. Para ello se usa una máquina especial llamada centrífuga. Se pueden separar, por ejemplo, las grasas mezcladas en los líquidos, como la leche, o los paquetes celulares de la sangre, separándolos del suero sanguíneo. Cromatografía. Método usado principalmente en la separación de los componentes de una mezcla. Los componentes son distribuidos entre dos fases: una estacionaria y otra móvil. La primera puede ser un sólido o un líquido soportado en un sólido o un gel (matriz). Puede ser empaquetada en una columna, extendida en una capa, distribuida como una película, etcétera. Cristalización. Esta técnica de separación consiste en hacer que cristalice un soluto sólido del disolvente en el que está disuelto. Para ello es conveniente evaporar parte del disolvente o dejar que el proceso ocurra a temperatura ambiente. Si el enfriamiento es rápido se obtienen cristales pequeños y si es lento se formarán cristales de mayor tamaño. Destilación. Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles. Se lleva a cabo mediante una evaporación y condensación sucesivas, de manera que se aprovechen los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos. También se emplea para purificar un líquido eliminando sus impurezas.

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En la industria, el agua destilada o bidestilada se usa en las ámpulas o ampolletas que se emplean para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como para las planchas de vapor. De esta manera también se consigue la purificación del alcohol, la destilación del petróleo, etcétera. Magnetismo. Esta técnica sirve para separar sustancias magnéticas de otras que no lo son. Al aproximar a la mezcla el imán, éste atrae las limaduras de hierro que se separan del resto de la mezcla.

Actividad 3 Indica si los siguientes métodos de separación de mezclas se emplean para mezclas homogéneas o heterogéneas. Método de separación

Tipo de mezcla que separa

Centrifugación Tamizado Cristalización Cromatografía Decantación Filtración Destilación Evaporación Magnetismo

Actividad 4 1. En equipo, busquen los materiales señalados y completen el siguiente cuadro. Comparen sus resultados con los de otro equipo. Escriban sus comentarios. Mezcla Componentes

Homogénea

Heterogénea

Método de separación

Sal + agua Óxido de fierro + agua Arena + agua Alcohol + agua Arena de mar + agua

2. Cuando te preparas un té, ¿empleas algún método de separación? Explica. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Actividad 5 En la siguiente tabla escribe cinco mezclas que se realicen en tu hogar y cinco en las que se lleve a cabo una separación de mezclas. Indica cómo se logra dicho procedimiento. Mezclas elaboradas en el hogar: a) _______________________________________________________________________________________ b) _______________________________________________________________________________________ c) _______________________________________________________________________________________ d) _______________________________________________________________________________________ e) _______________________________________________________________________________________

Mezclas

Método de separación empleado

Descripción del proceso realizado

Actividad 6 1. Busca en Internet algunas aplicaciones a nivel industrial de los métodos de separación de mezclas y completa la siguiente tabla. Métodos de separación Decantación

Filtración

Destilación

Cromatografía

Procesos industriales en los que se utiliza

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Centrifugación

Decantación

Evaporación

Magnetismo

Cristalización

2. En sesión plenaria compara tus respuestas con las de tus compañeros. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Disoluciones El universo está formado por los mismos materiales, distribuidos de modo muy irregular de unas regiones a otras. Estas mezclas tienen propiedades diferentes a las sustancias puras. Las disoluciones, sobre todo aquellas en las que el agua es el disolvente, son de importancia capital en muchos fenómenos naturales. Muchos procesos relacionados con las disoluciones dependen de su concentración; es decir, de la cantidad de soluto que hay en un volumen dado de disolvente y de sus propiedades. El aire de la atmósfera, el agua de mar, el agua que bebemos del grifo y el vino son algunos ejemplos de disoluciones.

¿Cuándo utilizamos las disoluciones? En realidad, todo el tiempo, por ejemplo: al preparar una gelatina o un refresco en polvo, al disolver la pintura para embellecer los muros de la casa, al observar el contenido de alcohol en algunas bebidas, al disolver el medicamento que viene en suspensión o algunas inyecciones, y por supuesto cuando realizas experimentos en el laboratorio de tu colegio.

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¿Qué son las disoluciones? Una disolución es una mezcla homogénea de composición variable en la que uno de los materiales es, por lo general, un fluido. Las soluciones se presentan en la naturaleza en los tres estados de agregación: sólido, líquido o gaseoso, y en las combinaciones posibles de los pares disolvente-soluto. En las soluciones, la sustancia que se encuentra en mayor cantidad se llama disolvente y la que está en menor cantidad, soluto. Las soluciones son sistemas en los que el soluto se halla íntimamente mezclado con el solvente, en ello radica su homogeneidad. Las disoluciones tienen un tamaño de partícula menor que 10–8 cm y sus componentes son soluto y disolvente. El soluto se mezcla en el disolvente y se encuentra en menor proporción que éste. Ejemplos: agua de mar, limonada, té, refrescos, etcétera. Para tener una idea más específica, observa el siguiente mapa conceptual.

Disoluciones

Son Mezclas

Sólidas

Líquidas

También llamadas

Se componen de

Según el estado del disolvente se dividen en:

Gaseosas

Soluto

Disolvente

Las más importantes son las

Aleaciones

Acuosas

Una vez unidas se separan por Por la concentración de éste pueden ser:

Evaporación y cristalización

Destilación

Cromatografía

Diluidas

Concentradas Que son:

Saturadas Para expresar la cantidad usamos la: Concentración

No saturadas

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Química II

Clasificación de las disoluciones Dependiendo de la naturaleza de la fase se clasifican en: Sólidas

Líquidas

Gaseosas

Las soluciones pueden estar constituidas por uno o más solutos y por uno o más disolventes. También pueden clasificarse en binarias, ternarias o cuaternarias, pero en esta ocasión únicamente trabajaremos con soluciones binarias, es decir, aquellas que están constituidas por un soluto y un solvente. La siguiente tabla muestra la clasificación de las disoluciones por su estado de agregación.

Soluto

Disolvente

Sólido

Comentarios y ejemplos

Las aleaciones

Sólido Líquido

Amalgamas

El más habitual es el hiGas

drógeno en determinados metales

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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Son las disoluciones más habituales, las que se

Sólido

suelen utilizar en química, por ejemplo: sal con agua

Cuando los líquidos se Líquido

Líquido

disuelven uno en el otro, por ejemplo: alcohol en agua.

Siempre se suele disolver algo de gas en los líquidos. Por ejemplo, el

Gas

aire disuelto en el agua, las bebidas gaseosas, etcétera

Humo y

Sólido

Líquido

Gas

polvo en el aire

Gas

Niebla

El más habitual es el aire

Por la relación que existe entre el soluto y la disolución, también se clasifican en diluidas y concentradas, estas últimas se subdividen a su vez en saturadas y sobresaturadas. Las diluidas poseen poca cantidad de soluto en relación con la cantidad de disolución. Las concentradas poseen gran cantidad de soluto. Esta clasificación

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Química II

tiene un inconveniente, ya que no todas las sustancias se disuelven en la misma proporción en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura dada. Por tanto, es más conveniente clasificar a las soluciones como no saturadas, saturadas y sobresaturadas, tal y como se indica a continuación: • Diluidas: son disoluciones que contienen menor cantidad de soluto del que pueden disolver. • Saturadas: en este tipo de disoluciones existe un equilibrio entre el soluto que se disuelve en un disolvente a una temperatura específica. • Sobresaturada: la cantidad de soluto que contiene sobrepasa la que puede haber en una disolución saturada; este tipo de disolución es inestable.

Disoluciones, coloides y suspensiones En este bloque hemos estudiado las disoluciones, ahora revisaremos materiales que tienen propiedades tanto de las mezclas homogéneas como de las heterogéneas. Estos sistemas se conocen como coloides o suspensiones coloidales. La leche es el único alimento en la naturaleza compuesto por agua, grasas, proteínas, azúcares y minerales, además de otras sustancias que están presentes en menor concentración. Es un sistema biológico complejo en el que interaccionan tres tipos de mezclas: disolución, coloide y emulsión. Veamos en la siguiente tabla cómo la leche puede actuar como disolución, coloide o suspensión. Mezcla

Características

Ejemplo

El agua actúa como disolvente de la lactosa, las sales minerales, algunas proteínas y vitaminas hidrosolubles.

Disolución

Leche Formado por dos o más fases principales: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas, por lo general sólidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. Suero de la leche Coloide

Cajeta

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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Mezcla de por lo menos dos sustancias inmiscibles en forma de partículas pequeñísimas que dan el aspecto de una mezcla homogénea. La fase dispersa y la continua son líquidas.

Emulsión

Queso

Mantequilla

Actividad 7 En equipo, elaboren un cuadro comparativo en el que muestren las propiedades y características de disoluciones, coloides y suspensiones (tamaño de la partícula, homogeneidad, acción de la gravedad, filtrabilidad, etc.), incluyan ejemplos de su uso cotidiano y sus aplicaciones. Pueden buscar en Internet o en su biblioteca escolar. Disolución

Características y propiedades

Tamaño de partícula

Apariencia

Sedimentan

Coloide

Suspensión

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Química II

Método de separación

Ejemplos cotidianos

Actividad 8 Ahora coloca dentro del paréntesis una C si el ejemplo mostrado es un coloide, una S si se trata de una suspensión y una D si es una disolución. Refresco Antiácido Limonada Pasta dental Leche Niebla

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Vino Mayonesa Humo Gelatina Aerosol Espuma de afeitar

( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) )

Intercambien sus respuestas con el resto del grupo.

La mayoría de las reacciones químicas ocurren en disoluciones. La disolución de las sustancias en agua, alcohol, éter o benceno, permite que las reacciones químicas ocurran con mayor velocidad. Por lo general, el interés está centrado en la sustancia disuelta (soluto) e importa conocer qué cantidad de la misma contiene un volumen determinado de disolución. De aquí surge la necesidad de definir en qué forma se puede expresar la cantidad de soluto en una disolución, es decir, expresar su concentración.

RETOS Realiza cálculos sobre la concentración de las disoluciones.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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Importancia de la concentración de las disoluciones Es muy importante la concentración de las disoluciones; gracias a ella se pueden establecer las cantidades de soluto y solvente presentes en una disolución. Muchos profesionales tienen que medir, necesariamente, una de las siguientes magnitudes físicas: masa (m), volumen (v) y cantidad de sustancia (n). Por ejemplo: el ingeniero químico mide la cantidad de azufre en el petróleo; de esta manera establece una referencia para determinar el valor del crudo. Los químicos y biólogos miden las cantidades de monóxido y dióxido de carbono, dióxido de azufre y otros agentes contaminantes para determinar los niveles de contaminación en el ambiente. Los laboratoristas que trabajan en la industria farmacéutica miden las cantidades de sustancias necesarias para preparar soluciones nasales, oftálmicas, sedantes, analgésicos, antiespasmódicas, hidratantes; todas de concentración determinada y de cuya exacta preparación depende la vida y la pronta recuperación de miles de enfermos. En la industria de bebidas gaseosas los ingenieros miden las cantidades de edulcorantes así como de cafeína, ácido fosfórico, entre otros, con el propósito de que sean gratas para el paladar; refrescantes y comercialmente rentables. En las industrias siderúrgicas los ingenieros químicos determinan las cantidades de hierro, carbono, manganeso, cromo, níquel y silicio que se tienen que mezclar para preparar los diferentes tipos de acero. Los bioanalistas que trabajan en laboratorios clínicos examinan muestras de sangre y orina para determinar los valores de cada una de las sustancias. La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto presente en la disolución. Si tenemos una disolución preparada a una concentración determinada ésta no varía, siempre y cuando no se modifique la cantidad de alguno de sus componentes. Si a una disolución preparada se le agrega más soluto o más disolvente, la concentración de la disolución se modifica. En el primer caso la disolución se hace más concentrada (aumenta la cantidad de soluto), mientras que en la segunda se vuelve más diluida, pues disminuye la cantidad de soluto al aumentar el volumen del disolvente. Como se aprecia en la figura siguiente:

Existen varias formas de expresar la concentración de una disolución, que es la proporción de soluto a solvente. Para efectos cualitativos, con frecuencia se habla de “soluciones diluidas, concentradas, saturadas o sobresaturadas” para referirse

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Química II

a soluciones que contienen “poco, mucho, el máximo o más del máximo” de la cantidad de soluto que el agua puede contener en determinadas condiciones de presión y de temperatura. Por ejemplo, una disolución de ácido clorhídrico cuya concentración es de 0.5% podría ser una disolución diluida; al 10%, podría ser concentrada; al 35% saturada, y al 40% sobresaturada. Considerando que la cantidad máxima de ácido clorhídrico que el agua puede disolver a 20°C es del orden de 35.5% peso a peso. Sin embargo, en la mayoría de los casos, las descripciones cualitativas de la proporción de soluto a solvente en una disolución no son suficientes y es necesario precisar matemáticamente esta proporción. Aunque existen diversas formas de hacerlo, las más frecuentes suelen ser la molaridad M, el porcentaje peso a peso, peso a volumen y las partes por millón.

Actividad 9 Completa el cuadro sobre las unidades comúnmente empleadas para expresar la concentración de las disoluciones: Unidad

Símbolo

Definición

Fórmula

Molaridad Porcentaje en masa Porcentaje en volumen Partes por millón

Molaridad. La molaridad es la mejor forma de expresar la concentración de una disolución. Indica el número de moles de soluto contenidos en un litro de disolución y se representa con la letra M. Así por ejemplo: una disolución 0.05 M contiene 0.05 mol de soluto en cada litro de disolución. Una disolución 5.0 molar contiene 5 moles de soluto por cada litro de disolución. Aproximadamente 1 litro de agua

Carbonato de sodio (Na2CO3) 1 mol equivale a 116 g

M=

Moles de soluto Litros de disolución

1 litro de disolución 1 M

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

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Ten en cuenta que la molaridad siempre se calcula para el soluto. Pero, ¿cómo se determina la molaridad y qué información proporciona? Analiza los ejemplos siguientes.

Ejemplo 1 Una disolución de NaOH se prepara agregando 20 gramos de NaOH en 500 mL de H2O. ¿Cuál será la molaridad de la disolución? ¿Cómo se determina la molaridad?

Solución: 1. Calculemos el número de moles que hay en 10 gramos de NaOH 20 gramos de NaOH x = 0.5 mol de NaOH

1 mol de NaOH 40 gramos de NaOH

2. El volumen de la disolución debe estar expresado en litros. Sabemos que 500 mL equivalen a 0.5 L. Con base en los datos anteriores se puede calcular la molaridad de la disolución. M=

Moles de soluto Litros de disolución

Sustituyendo en la ecuación tenemos: M=

0.5 mol de NaOH 0.5 litro de disolución M = 1 mol/L

Ejemplo 2 La botella de un removedor de sarro muestra en su etiqueta la información del ingrediente activo: NaOH (0.01 M). Si dicha botella tiene un volumen de 300 mL: a) ¿Cuántas moles estarán presentes en 0.3 L? b) ¿Cuántos gramos de NaOH contiene el removedor de sarro?

Solución: a) Sustituyendo los datos en la ecuación tenemos: M=

0.01 mol de NaOH 0.3 L M = 0.033 mol/L

b) ¿Cuántos gramos de NaOH contiene cada botella de removedor? Tenemos que determinar la masa de NaOH que hay en 0.033 mol. La masa molar del NaOH es de 40 g/mol. Convirtiendo los resultados tenemos: 0.033 mol de NaOH 40 gramos de NaOH x = 1.32 gramos de NaOH 1 mol de NaOH Por lo tanto, cada botella de removedor tendrá 1.32 g de NaOH.

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Actividad 10 Resuelve los siguientes problemas. 1. Supón que se disolvieron 0.435 g de KMnO4 en suficiente agua para obtener 250 mL de disolución. ¿Cuál es la concentración molar de KMnO4? 2. Si se disuelven 25.3 g de carbonato de sodio, Na2CO3, en suficiente agua para obtener 250 mL de disolución, ¿cuál es la concentración molar del Na2CO3? 3. El bicarbonato de sodio, NaHCO3, se emplea para fabricar polvo para hornear, así como en la manufactura de plásticos y productos cerámicos, entre otros. Si se disuelven 26.3 g de este compuesto para obtener exactamente 200 mL de disolución, ¿cuál es la concentración molar del NaHCO3? 4. Cierto experimento de laboratorio requiere 250 mL de una disolución 0.0200 M de AgNO3, ¿cómo prepararías la disolución? 5. ¿Cuál es la molaridad de una disolución preparada disolviendo 44.86 g de NaCl y agregando agua hasta tener 250 mL? Disoluciones porcentuales. Se interpreta como la cantidad de soluto en cien partes de disolución, existen tres tipos de disoluciones porcentuales. % m/m =

Masa de soluto × 100 Masa de disolución

% m/v =

Masa de soluto × 100 Volumen de disolución

% v/v =

Volumen de soluto × 100 Volumen de disolución

El porcentaje en masa (% m/m), también conocido como porcentaje en peso o peso porcentual, expresa la cantidad de gramos de soluto en cien partes de disolución. % m/m =

Masa de soluto × 100 Masa de disolución

Ejemplo 3 Se disuelven 5 g de KMnO4 en 80 g de agua. Calcula la concentración de la disolución en % m/m.

Solución: Para resolver el planteamiento anterior, los datos que nos proporcionan son: • •

la cantidad de soluto: 5 g de KMnO4 la cantidad de solvente: 80 g de H2O

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Necesitamos conocer la masa total de disolución, que se calcula de la siguiente manera: Masa de disolución = masa de soluto + masa de solvente Sustituyendo los datos tenemos: Masa de disolución = 5 g + 80 g = 85 g de disolución Ahora, sustituyendo los datos en la ecuación correspondiente: % m/m =

% m/m =

Masa de soluto × 100 Masa de disolución

5 g de KMnO4 × 100 85 g de disolución % m/m = 5.88%

Ejemplo 4 Calcula el porcentaje en masa del NaNO3 (nitrato de sodio) en una disolución preparada disolviendo 50 g de NaNO3 en 450 g de agua.

Solución: % m/m = % m/m =

Masa de soluto × 100 Masa de disolución

50 g de NaNO3 × 100 (50 g de NaNO3 + 450 g de H2O) % m/m = 10%

Ejemplo 5 Una muestra de 2.5 g de cloruro de potasio (KCl) se disuelve en 55 g de agua, ¿cuál es el porcentaje en masa del KCl en esta disolución?

Solución: Para resolver este problema conocemos: • •

la masa del soluto = 2.5 g KCl la masa del disolvente = 55 g de H2O

Necesitamos conocer la masa total de la disolución, que se calcula de la siguiente manera: Masa de la disolución = 2.5 g + 55 g = 57.5 g Sustituyendo los valores en la ecuación correspondiente tenemos: % m/m =

2.5 g de KCl × 100 = 4.34% 57.5 g de disolución

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En algunos casos es necesario conocer la densidad de la disolución para poder calcular su porcentaje en masa.

Ejemplo 6 Se prepara una disolución de 80 g/L de NaOH, cuya densidad es de 1.1 g/ml, ¿cuál será el porcentaje en masa de la disolución de NaOH?

Solución: De acuerdo con los datos proporcionados: masa de soluto = 80 g. Considerando un volumen de 1 L y la densidad de 1.1 g/mL. Masa de disolución = 1100 g Sustituyendo los datos en la ecuación tenemos: % m/m =

80 g de NaOH × 100 = 7.27% 1100 g

Porcentaje masa/volumen (% m/v). Expresa la cantidad de soluto que hay por cada 100 mL de disolución. % m/v =

Masa de soluto × 100 Volumen de disolución

Ejemplo 7 Se tienen 600 mL de una disolución al 15% m/v. ¿Cuál será la cantidad de soluto?

Solución: Conocemos la concentración de la disolución que es de 15% y también el volumen de la disolución, necesitamos saber la masa de soluto, por lo tanto tenemos que aplicar la siguiente ecuación. Masa de soluto =

% m/v × masa de la disolución 100

Sustituyendo los datos tenemos: Masa de soluto =

15% m/v × 600 mL = 90 g 100 %

Ejemplo 8 Se tiene una disolución al 10% de NaOH cuya densidad es 1.15 g/mL. Calcula la molaridad de la disolución.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

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Solución: Como no conocemos el volumen de disolución ni la masa, se puede suponer que tenemos 100 g de disolución, entonces: 10 g de NaOH

0.25 mol de NaOH

Para preparar 100 g de disolución de NaOH se requieren 90 g de H2O Densidad = 1.15 g/mL V (solución) = 80 mL

Con esta información podemos calcular la molaridad: M=

Moles de soluto Litros de disolución

0.25 mol de NaOH 0.08 L

=

3.125

g 10 g de NaOH = L 0.08 L de disolución

=

125 g/L

M= Para los g/L:

Porcentaje volumen/volumen (% v/v). Se emplea para expresar concentraciones de líquidos. El porcentaje en volumen relaciona el volumen en mL de soluto que hay en cada 100 mL de disolución. La ecuación empleada para representar dicho porcentaje es: % v/v =

Volumen de soluto × 100 Volumen de disolución

Ejemplo 9 El cloro comercial es una disolución al 3% de hipoclorito de sodio (NaClO). ¿Cuánto hipoclorito hay en 3.5 L de disolución de cloro comercial?

92

Q

Química II

Solución: Recordemos que 1 L equivale a = 1000 mL Sustituyendo los datos tenemos: 3 mL de NaClO x = ¿?

100 mL de disolución 3.500 mL de disolución

x = 105 mL de NaClO se encuentran en 3.5 L de disolución.

Actividad 11 En equipos de tres resuelvan los siguientes ejercicios. Compartan los resultados con el resto de su grupo. Evalúen los resultados obtenidos. 1. Se disuelven 26.2 g de acetona en 24.5 g de agua, ¿cuál es el porcentaje en masa de la disolución? 2. Una disolución acuosa contiene 8% en peso de azúcar, ¿cuántos gramos de azúcar hay en 400 mL de esa disolución? 3. ¿Cuál es el porcentaje en masa de NaOH para una disolución que se prepara disolviendo 8 g de NaOH en 50 g de agua? 4. ¿Qué masa de KCl se necesita para obtener 250 g de una disolución al 5%? 5. ¿Cuál es porcentaje en masa de Na2SO4 en una disolución que se prepara disolviendo 25 g de Na2SO4 en 225 g de agua? 6. Calcula la concentración expresada en porcentaje en masa de una disolución obtenida disolviendo 10 g de NaOH en 150 g de agua. 7. Calcula el porcentaje en volumen de alcohol en una disolución preparada diluyendo 80 mL de alcohol en agua hasta completar 1 L. 8. Una botella tiene 750 mL de agua azucarada que contiene 60% de azúcar. Calcula cuántos gramos de azúcar contiene. 9. Uno de los líquidos limpiadores para desagües más anunciados contiene 175 g de H2SO4 por cada 100 mL de disolución. ¿Cuál es su molaridad? 10. El ácido de una batería ordinaria para automóviles tiene una concentración 5 M de H2SO4. ¿Cuántos gramos de ácido hay en 500 mL de esta disolución?

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

93

Partes por millón (ppm). Cuando en una disolución los solutos están presentes en cantidades muy pequeñas, la concentración se expresa en términos del número de miligramos de soluto por kilogramo de disolución o con el número de miligramos de soluto por cada litro de disolución acuosa (mg/L). Esto indica, en un principio, que es una relación entre la masa de soluto y la masa de disolución. Se denomina ppm a la relación entre 1 mg de soluto disuelto en 1 kg de disolución. Expresado en las mismas unidades. 1 mg de soluto 1 000 000 mg de disolución Por esta relación es que a esta forma de expresar la concentración se le conoce como parte por millón (ppm). Si tenemos una disolución cuya concentración es 2 ppm, sabremos que hay 2 mg del soluto disueltos en 1 kg de disolución. El cálculo de las ppm lo podemos realizar de varias maneras: 1 ppm de un componente =

Masa de soluto (g) del componente × 106 Masa total (g) de disolución

1 ppm =

1 mg de soluto 1 Kg de disolución

Ejemplo 10 En una planta de curtido de cuero tienen una poza de almacenaje de desechos acuosos de la producción. La poza puede almacenar 0.5 m3 de disolución acuosa de estos desechos. El análisis químico de la poza, señala que en la disolución que contiene hay 0.03 kg de Cr(OH)3. Calcula las ppm de Cr(OH)3, presentes en la disolución. Considera que la densidad de la disolución en la poza es de 1.05 g/mL.

Solución: Se determina la masa total de disolución, considerando el volumen y la densidad de la misma. De acuerdo con los datos la masa de la disolución en la poza es de 525 kg. Se determina la cantidad de soluto en mg, en este caso es el Cr(OH)3. La masa en mg del Cr(OH)3 es 30 000 mg. Cálculo de las ppm: ppm de Cr(OH)3 =

30 000 mg de soluto = 57.14 ppm 525 kg de disolución

También se podría determinar la cantidad en gramos del soluto y calcular las ppm: ppm de Cr(OH)3 =

30 g de soluto = 57.14 ppm 525 000 g de disolución

94

Q

Química II

Actividad 12 Resuelve los siguientes ejercicios detallando claramente tus procedimientos. Reporta tus resultados redondeados con dos decimales. 1. Calcula las partes por millón de 450 mL de agua del océano que contiene 2.7 mg de iones potasio. Supón que la densidad de la muestra, muy diluida, de agua es 1.0 g/mL. 2. ¿Cuántos gramos de Al2(SO4)3 (sulfato de aluminio) son necesarios para preparar 875 mL de disolución 0.67 molar? 3. Calcula los gramos de disolución al 9.10% en masa que pueden prepararse a partir de 4.00 g de KI (yoduro de potasio). 4. ¿Cuántos mililitros de disolución 0.5 M pueden prepararse a partir de 11.7 g de KNO3 (nitrato de potasio)?

Ácidos y bases Si te dijeran que cada día utilizas “ácidos” o “bases”, ¿lo creerías? Por ejemplo, cuando comemos o bebemos en exceso nuestro organismo envía un mensaje en forma de malestar, como agruras o acidez estomacal, para aliviarnos hacemos uso de una “base”, que puede ser bicarbonato de sodio o leche de magnesia. Lo contrario ocurre cuando agregamos algunos “ácidos”, como jugo de limón o vinagre, a una ensalada para hacer más agradable su sabor. De igual manera, al realizar nuestras actividades en el trabajo o en la casa empleamos detergentes, desinfectantes, aceites, pilas y diversos productos químicos, pero: ¿sabes por qué lo hacemos?, ¿tienes precaución al manejarlos? Hay muchas actividades que realizamos de manera cotidiana sin reflexionar, pero que nos ayudan a tener mejor calidad de vida.

Actividad 13 En la siguiente tabla aparecen algunos ácidos y bases que comúnmente empleamos, investiga en qué productos o sustancias de uso cotidiano las encontramos.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

95

Ácidos y bases caseros Ácido o base

Dónde se encuentra

ácido acético ácido acetilsalicílico ácido ascórbico ácido cítrico ácido clorhídrico ácido sulfúrico amoniaco (base) hidróxido de magnesio (base)

Los ácidos y las bases son dos tipos de compuestos químicos que presentan características opuestas. Características Ácidos

Bases

•

Los ácidos tienen sabor agrio.

•

Tienen sabor amargo.

•

Colorean el tornasol de rojo.

•

Colorean el tornasol de azul.

•

Reaccionan con ciertos metales des-

•

Son buenas conductoras de electrici-

prendiendo hidrógeno. • •

•

dad en disoluciones acuosas.

Son buenos conductores de la electri-

•

Tienen tacto jabonoso.

cidad en disolución acuosa.

•

Son corrosivas.

Reaccionan con las bases para formar

•

Se disuelven en agua y forman iones

agua y los compuestos iónicos llama-

OH– responsables de la basicidad o

dos sales.

alcalinidad de la disolución. Se mide

Se disuelven en agua para ionizarse

en valores de pOH.

y formar iones H+ responsables de la acidez de la disolución, y se miden con valores de pH.

Cuando se combina una disolución acuosa de un ácido con otra de una base, se origina una reacción de neutralización en la que se forman agua y la sal correspondiente. Consideremos, por ejemplo, la reacción de neutralización del ácido clorhídrico (HCl) con el hidróxido de sodio (NaOH) que produce agua y cloruro de sodio (NaCl). HCl + NaOH q H2O + NaCl

96

Q

Química II

Algunas teorías ácido-base

August Arrhenius

Un ácido es una sustan-

Una base es una especie

cia química que contiene

que contiene grupos OH en

hidrógeno y que al ser

su molécula y forma iones

disuelta en agua produce

hidroxilo (OH–), en disolu-

una concentración de iones

ción acuosa.

hidrógeno o protones (el término protón se refiere a un ion hidrógeno positivo o un átomo de hidrógeno sin electrones, ion H+).

Teoría de Arrhenius:

Los ácidos se limitan a

Las bases se limitan a las

esta teoría se refiere

especies químicas que

especies que contienen

únicamente a disoluciones

contienen hidrógeno.

iones hidroxilo.

Teoría de Brönsted–Lowry.

Los ácidos son sustancias

Las sustancias son capa-

La teoría más aceptada es

capaces de ceder protones.

ces de aceptar protones.

la que formularon en 1923

Aunque aún contemplan la

Considera a las bases

el químico danés Johannes

presencia de hidrógeno en

como el NH3, que no con-

Brönsted y el químico britá-

el ácido, no es necesario

tienen iones OH.

nico Thomas Lowry.

que el medio sea acuoso.

acuosas.

El concepto de ácido y base de Brönsted y Lowry ayuda a entender las reacciones ácido-base en términos de competencia por protones. En forma de ecuación química se tiene: Ácido (1) + Base (2) q Ácido (2) + Base (1) La reacción de ácido (1) con base (2) se produce al transferir un protón del primero al segundo. Al perder el protón, el ácido (1) se convierte en su base conjugada, o sea, base (1). Al ganar el protón, la base (2) se convierte en su ácido conjugado, ácido (2). La ecuación descrita constituye un equilibrio que puede desplazarse a la derecha o a la izquierda. La reacción efectiva tiene lugar en la dirección en la que el ácido y la base más fuertes reaccionan para dar origen a la base y ácido más débiles. Por ejemplo:

HF + NH3 q NH4+ + F-

El HF es un ácido más fuerte que el ion amonio y el amoniaco es una base más fuerte que el fluoruro. La teoría de Brönsted y Lowry también explica que el agua pueda mostrar propiedades anfóteras; esto es, que puede reaccionar tanto con ácidos como con bases. De este modo, el agua actúa como base en presencia de un ácido más fuerte que ella (como HCl) o, lo que es lo mismo, de un ácido con mayor tendencia a disociarse que el agua. El agua actúa como ácido en presencia de una base más fuerte (como el NaOH).

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

97

El equilibrio de autoprotólisis del agua está dado por la relación: 2H2O q H3O+ + OH– Cuya constante de equilibrio (Kw) es igual a: Kw = [H3O+] [OH–] = 1.10–14 (a 25°C)

Fuerza de ácidos o bases Tanto los ácidos como las bases son muy diferentes en su habilidad para ceder o aceptar protones. La fuerza de un ácido se puede medir por su grado de disociación al transferir un protón al agua produciendo el ion hidronio, H3O+. De igual modo, la fuerza de una base vendrá dada por su grado de aceptación de un protón del agua. El agua, por ejemplo, es muy débil tanto para aceptar como para donar protones. En cambio, el HCl tiene tal habilidad para donar protones que incluso un aceptor débil como el agua es capaz de tomarlo. Así, en disolución acuosa, el ácido clorhídrico cede totalmente su protón al agua y la especie que realmente existe es el ion hidronio H3O+; esto ocurre con todos los ácidos fuertes y, por lo tanto, el ion hidronio es el ácido más fuerte que puede existir en agua. De igual forma, el ion hidróxido OH– es la base más fuerte que puede existir en agua. Una disolución que contenga al ion hidróxido se puede preparar disolviendo un compuesto iónico que contenga dicho ion. Ejemplos de compuestos solubles que contienen ion hidróxido, a veces llamados bases fuertes, son: el hidróxido de sodio, NaOH; hidróxido de potasio, KOH, y el hidróxido de litio, LiOH. Por ser electrolitos fuertes, cuando están en disolución acuosa se disocian en el ion hidróxido y el catión correspondiente. Así, por ejemplo la disolución acuosa (ac) de NaOH se escribe: Na+(ac) + OH–(ac) Puede establecerse una escala apropiada ácido-base según la cantidad de H3O+ formada en disoluciones acuosas de ácidos, o de la cantidad de OH– en disoluciones acuosas de bases. En el primer caso tendremos una escala pH, y en el segundo una escala pOH. El valor de pH es igual al logaritmo negativo de la concentración de ion hidronio y el de pOH es igual al de la concentración de ion hidroxilo en una disolución acuosa: pH = –log[H3O+]

pOH = –log[OH –]

La relación pH + pOH = 14 proviene de la constante de autoprotólisis del agua. El agua pura tiene un pH de 7.0; al añadirle ácido, la concentración de ion hidronio [H3O+], aumenta con respecto a la del agua pura y el pH baja de 7.0 según la fuerza y concentración del ácido. El pOH del agua pura también es de 7.0 y en presencia de una base disminuye por debajo de 7.0 (y el valor del pH aumenta). HCl + H2O q H3O+ + Cl–

98

Q

Química II

El agua también actúa como ácido en presencia de una base más fuerte que ella (como el amoniaco): NH3 + H2O q NH4+ + OH– Cada ácido tiene su correspondiente base conjugada; cuanto más fuerte es el ácido, más débil será su base conjugada. Así también, cuanto más fuerte sea la base, más débil será su ácido conjugado.

¿Qué es el pH? El concepto de pH (potencial de hidrógeno) fue definido por primera vez por Soren Poer Lauritz Sorensen (1868-1939), bioquímico danés, en el año de 1909. La escala de pH fue ideada para expresar en forma adecuada las diferentes concentraciones del ion (H+) (ion hidrógeno) en varias disoluciones, sin necesidad de utilizar números en forma exponencial, ya que con frecuencia son muy pequeños y por eso es difícil trabajar con ellos. Fue así que se decidió trabajar con números enteros positivos. El pH de una disolución se define como el “logaritmo negativo de la concentración (expresada en mol/litro) de iones hidrógeno”. La escala de pH se define por la ecuación: pH = –log[H+] El logaritmo negativo proporciona un número positivo para el pH. Además, el término [H+] corresponde a la concentración del ion hidrógeno. Debido a que el pH es una manera de expresar la concentración del ion hidrógeno, las disoluciones ácidas y básicas pueden identificarse por sus valores de pH como sigue: • Disoluciones ácidas: [H+] > 1.0 × 10–7 M, pH < 7.00 • Disoluciones neutras: [H+] = 1.0 × 10–7 M, pH = 7.00 • Disoluciones básicas: [H+] < 1.0 × 10–7 M, pH > 7.00 El pOH de una disolución se define como el logaritmo negativo de la concentración del ion hidroxilo [OH–] expresada en moles/litro. La escala de pOH se define por la ecuación: pOH = –log[OH–] Como la suma del pH y pOH en una disolución es igual a 14, el pH puede determinarse restando de 14 el valor del pOH. En este caso: pH = 14 – pOH

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

99

El pH es una medida de la acidez o la alcalinidad. La escala de pH va de 0 a 14. El punto medio de la escala de pH es 7, aquí hay un equilibrio entre acidez y alcalinidad. Una disolución con este pH sería neutra. pOH

Jugo de limón 13 12 11

14

10

9

ácido pOH

0

Amoniaco

Saliva 8 7

6

5

4

3

neutro

1 2 3 4 5 6 Jugo gástrico Jugo de tomate

7 8 Sangre humana

2

1

0

básico 9

10

11

12 13 14 Cloro

pH que presentan algunas sustancias de uso común Sustancia

pH

Sustancia

pH

Jugos gástricos

2.0

Amoniaco

11.5

Limones

2.3

Leche de magnesia

10.5

Vinagre

2.9

Pasta de dientes

9.9

Refrescos

3.0

Disolución saturada de bicarbonato sódico

8.4

Vino

3.5

Agua de mar

8.0

Naranjas

3.5

Huevos frescos

7.8

Tomates

4.2

Sangre humana

7.4

Lluvia ácida

5.6

Saliva (al comer)

7.2

Orina humana

6.0

Agua pura

7.0

Leche de vaca

6.4

Saliva (en reposo)

6.6

¿Qué es un indicador de pH? Los indicadores son colorantes orgánicos que cambian de color si se encuentran en presencia de una sustancia ácida o básica. La determinación del pH de una disolución implica medir el potencial de un electrodo de hidrógeno presente en la misma. Sin embargo, se puede determinar un valor aproximado de manera sencilla y rápida mediante el empleo de sustancias indicadoras. Nombre

Color ácido

Color básico

Intervalo pH

Azul de timol

Rojo

Amarillo

1.2-2.8

Azul de bromofenol

Amarillo

Azul

3.1-4.4

Rojo de clorofenol

Amarillo

Rojo

4.8-6.4

Rojo de cresol

Amarillo

Rojo

7.2-3.8

Fenolftaleína

Incoloro

Rojo

8.3-10

Alizarina amarilla

Amarillo

Rojo

10-2.1

Anaranjado de metilo

Rojo

Amarillo

3.1-4.4

Rojo de metilo

Rojo

Amarillo

4.2-6.3

Azul de bromotimol

Amarillo

Azul

6-7.6

Violeta de metilo

Amarillo

Azul violeta

0.2-2

Rojo congo

Azul

Rojo

3-5

100

Q

Química II

Éstos son compuestos cuyo color, en disolución, cambia de acuerdo con la concentración de iones hidrógeno. El intervalo de pH en el que tiene lugar el cambio de color varía sensiblemente de un indicador a otro. Generalmente se trata de compuestos que son ácidos o bases orgánicos débiles, cuyo equilibrio se ve desplazado al introducirse en soluciones ácidas o básicas, cambiando así su color. Los más importantes son los que se indican en la tabla anterior junto con el intervalo de viraje y los colores que adquieren. Se caracterizan por ofrecer una gran resistencia a modificar su pH, incluso si se les añade un ácido o una base. Por ello son de gran importancia en los procesos bioquímicos de los seres vivos.

Ejemplo 11 Calcula el pH de una disolución de HCl cuya concentración de iones hidrógeno es 0.6 M.

Solución: pH = –log[H+] pH = –log 0.6 pH = 0.222

Ejemplo 12 En una disolución de NaOH, la [OH–] es de 2.9 × 10–4 M. Calcula el pH de la disolución.

Solución: Para calcular el pOH = –log[OH–] = –log(2.9 × 10–4) = 3.54 Hasta ahora sabemos el valor del pOH. Para conocer el valor del pH, tenemos que sustituir en la siguiente ecuación: pH + pOH = 14 pH = 14 – pOH pH = 14 – 3.54 pH = 10.46

Ejemplo 13 La concentración de iones OH– de una muestra sanguínea es de 2.5 × 10–7 M, ¿cuál es el pH de la sangre?

Solución: pOH = –log [OH–] pOH = –log[2.5 × 10–7]

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

101

pOH = 6.60 pH + pOH = 14 pH = 14 – pOH pH = 14 – 6.60 pH = 7.4

Ejemplo 14 El pH de un jugo de naranja fue de 3.33, calcula la concentración de iones H+.

Solución: pH = –log[H+] 3.33 = –log[H+] [H+] = 1.20 × 10–5

Ejemplo 15 ¿Cuál es el pOH de una disolución que tiene una concentración de iones hidróxido de 4.82 × 10–5 M?

Solución: pOH = –log[4.82 × 10–5] = –(–4.32) = 4.32

Actividad 14 De manera individual o en equipo de menos de tres personas, resuelvan los siguientes ejercicios. Compartan sus respuestas y autoevalúense. 1. Calcula el pH de una disolución 0.05 M de ácido acético. 2. Calcula el pH de una disolución de HCl 1.3 × 10–2 M. 3. Calcula el pH de una disolución de HF 0.2 M. 4. La concentración de OH– en cierta disolución amoniacal para limpieza doméstica es 0.0025 M. Calcula la concentración de iones H+ y el pH. 5. La concentración de H+ en una disolución fue de 3.2 × 10–4 al momento de destaparla. Después de exponerla al aire por un mes, la concentración de H+ es de 1 × 10–3. Calcula el pH en ambas ocasiones y deduce por qué cambia. 6. El pH del jugo de naranja es de 3.33. Calcula la concentración de H+. 7. La concentración de iones OH– en la sangre es 2.5 × 10–7. ¿Cuál es el pH?

102

Q

Química II

Actividad 15 Elabora un ensayo en el que abordes la importancia de los sistemas dispersos en tu vida cotidiana.

Actividad experimental 1 Métodos de separación de mezclas Propósito A través de una actividad experimental, el alumno practicará algunas técnicas comunes de separación de mezclas. ACTIVIDAD 1 Materiales 1 vaso de precipitados de 250 mL 2 papel filtro 1 cápsula de porcelana 1 embudo de filtración 1 soporte universal 1 anillo de hierro 1 mechero de Bunsen 1 tela de alambre con asbesto

Sustancias Agua Arena con tierra Sal común

Procedimiento 1. En un vaso de precipitados prepara una mezcla, agregando 100 mL de agua, una cucharadita de arena y 1.0 g de sal común. Agita hasta que se forme la dispersión. 2. Separa la mezcla anterior utilizando el papel filtro y un embudo de filtración. Vierte la mezcla a través del papel filtro, lava bien las paredes del vaso que contenía originalmente la mezcla y vacía, una vez más, el líquido por el papel filtro. Identifica el sólido que queda en el papel filtro. 3. Coloca parte del líquido filtrado en una cápsula de porcelana. Caliéntalo hasta que todo el líquido se evapore. Observa los cristales formados. Guía de observaciones 1. ¿Qué sustancia permanece en el papel filtro? ___________________________________________________________________________

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

103

2. ¿Qué sustancias conforman el líquido filtrado? ___________________________________________________________________________ 3. ¿Qué sustancia se obtuvo al final? ___________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 2 Materiales 1 embudo de separación 1 vaso de precipitados de 250 mL

Sustancias Disolución de nitrato cúprico Disolución de yodo Xileno o tolueno

Procedimiento 1. Mezcla volúmenes iguales (10 mL) de disoluciones diluidas de nitrato cúprico y de yodo. Colócalas dentro de un embudo de separación, agrega tetracloruro de carbono; tapa el embudo y agita lentamente. 2. La agitación aumentará la presión dentro del embudo. Alivia esta presión abriendo la llave de paso una vez que hayas invertido el embudo. 3. Deja que las capas líquidas se separen, después retira el tapón del embudo y vacía la capa del líquido inferior dentro de un vaso de precipitados. Guía de observaciones 1. ¿Qué líquido queda en la parte superior? ___________________________________________________________________________ 2. ¿Por qué hay que quitar el tapón del embudo al separar las dos capas formadas? ___________________________________________________________________________ 3. Explica qué fue lo que sucedió en este experimento. ___________________________________________________________________________ ACTIVIDAD 3 Materiales 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 cápsula de porcelana 1 soporte universal 1 anillo de hierro 1 mechero Bunsen 1 tela de alambre con asbesto

Sustancias Cloruro de sodio p-diclorobenceno Agua fría

104

Q

Química II

Procedimiento 1. Mezcla partes iguales de cloruro de sodio y p-diclorobenceno en un vaso de precipitados. 2. En la parte superior del vaso de precipitados coloca una cápsula de porcelana que contenga agua fría. 3. Calienta el vaso de precipitados y observa lo que sucede. Guía de observaciones 1. ¿Qué sustancia quedó en el vaso? ___________________________________________________________________________ 2. ¿Qué sustancia quedó en la parte inferior de la cápsula? ___________________________________________________________________________

Actividad experimental 2 Soluciones Propósitos para el alumno 1. Identificar la existencia de soluciones en los sistemas biológicos. 2. Explicar los cálculos y procedimientos para preparar soluciones porcentuales, molares y normales, así como sus diferentes diluciones. 3. Presentar ejemplos de disoluciones utilizadas en medicina (disolución isotónica, Ringer, Darrow y Hartman). Actividad previa a la actividad experimental Responde las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es una disolución? 2. ¿Cuántas clases de disoluciones existen?

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

105

3. ¿Qué significan los siguientes términos: mol y disolución molar? 4. ¿Qué significan: v/v, p/v, p/p y ppm? 5. ¿Cuál es la composición de las siguientes disoluciones?: disolución isotónica de cloruro de sodio, suero glucosado a 5%, Ringer-lactato. 6. ¿Cuáles son los tipos de soluciones que existen en vivo? Menciona ejemplos. 7. ¿Qué es una disolución isotónica? 8. ¿Qué es una disolución osmolar? 9. ¿Cómo se calcula la osmolaridad de una disolución? 10. ¿Qué les pasa a los eritrocitos cuando se ponen en contacto con disoluciones salinas de diferente osmolaridad? 11. ¿Qué se entiende por dilución y dilución seriada de las disoluciones? Material Por equipo: • • • • • • • • • •

3 vasos de precipitado de 10 mL 3 pipetas de 1.0 mL 3 pipetas de 5.0 mL 3 pipetas de 10.0 mL Gradilla con 6 tubos de ensayo Eritrocitos humanos lavados en disolución Salina isotónica Disolución de azul de metileno al 1.0% Cloruro de sodio en cristales (NaCl) Balanza granataria

Por grupo: 1 microscopio Procedimiento 1. Realiza los cálculos para preparar una disolución de KCl al 3%. 2. Haz los cálculos para preparar una disolución de CaCl2 0.25 M, se requieren 15 mL. 3. Calcula el volumen de H2SO4 que se requiere para preparar una disolución 3 N con 40 mL de volumen final. 4. Haz los cálculos correspondientes para comprobar que la disolución al 0.9% de NaCl es isotónica con respecto al plasma. Considera que: a) El cloruro de sodio se disocia en disolución acuosa en los iones sodio y cloruro, por lo que la concentración iónica se duplica (1 mmol/L = 2 mosm/L). b) La presión osmótica normal del plasma es de 290-310 mosm/L.

106

Q

Química II

5. Prepara 20 mL de una disolución de NaCl a 4.5% (etiquetar como disolución 1). 6. A partir de la disolución anterior, preparar 25 mL a 0.9% (disolución 2) y 50 mL a 0.045% (disolución 3). 7. Coloca en tres tubos de ensayo las diferentes soluciones de cloruro de sodio preparadas en los puntos 1 y 2. Con la ayuda de un gotero deja caer lentamente por las paredes del tubo 2 gotas de eritrocitos lavados. Mezcla con cuidado y deja reposar a temperatura ambiente unos minutos. Valora el grado de hemólisis que sufren los eritrocitos cuando se ponen en contacto con las diferentes soluciones. 8. Haz los cálculos necesarios para preparar otras disoluciones, por ejemplo: 500 mL de etanol a 45% (a partir de etanol a 96%). Expresa en meq/L una concentración de calcio de 11 mg/dL. Una disolución contiene 14 g de glucosa en 25 mL. ¿Cuál es la concentración molar de la disolución? Resultados 1. Expresa en forma ordenada los cálculos efectuados para cada uno de los ejercicios. 2. Deduce el movimiento, o no, del disolvente cuando se ponen en contacto eritrocitos con disoluciones hipo, hiper e isoosmóticas.

Actividad experimental 3 Fabricación casera de un indicador Propósito Con materiales caseros identificar el comportamiento ácido o básico de algunas sustancias comunes. Introducción La determinación del pH de una disolución implica medir el potencial de un electrodo de hidrógeno en la disolución. Sin embargo, se puede determinar un valor aproximado de manera sencilla y rápida mediante el empleo de sustancias indicadoras. Éstas son compuestos cuyo color, en disolución, cambia con la concentración de iones hidrógeno. El intervalo de pH en el que tiene lugar el cambio de color varía sensiblemente de un indicador a otro. Generalmente se trata de compuestos que son ácidos o bases orgánicos débiles cuyo equilibrio se ve desplazado al introducirse en disoluciones ácidas o básicas, con lo cual cambian su color; los

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

más importantes son los que incluimos en la tabla de la sección “¿Qué es un indicador de pH?” junto con el intervalo de viraje y los colores que adquieren. Las lombardas, parecidas a coles o repollos de color violeta, contienen en sus hojas un indicador que pertenece a un tipo de sustancias orgánicas denominadas antocianinas. Procedimiento 1. Corta unas hojas de lombarda (cuanto más oscuras mejor), pueden ser sustituidas por hojas de col morada. 2. Cuécelas en un recipiente con un poco de agua durante mínimo 10 minutos. 3. Retira el recipiente del fuego y déjalo enfriar. 4. Filtra el líquido (puedes hacerlo con un trozo de tela vieja). 5. Ya tienes el indicador (el líquido filtrado). 6. Las características del indicador obtenido son: Indicador extraído de la lombarda Color que adquiere Medio en el que está Rosa o rojo Azul oscuro Verde

Ácido Neutro Básico

NOTA DE SEGURIDAD El amoniaco es un VENENO. Identifica adecuadamente el recipiente que lo contiene. NO lo pruebes y NO lo dejes en un sitio donde alguien puedan probarlo por error. Prueba de respiración (para gastar una broma) A un compañero dale un vaso que contenga un poco de agua con extracto de lombarda y unas gotas de amoniaco casero. Pídele que sople a través de una pajita. Puedes presentarlo como una prueba de alcohol, mal aliento, etcétera. La disolución pasará de color verde esmeralda a azul oscuro; si le añades vinagre, la disolución adquirirá un color rojo. 1. ¿Que está liberando la persona al soplar? __________________________________________________________________________ 2. Escribe la reacción que se produce al interaccionar el CO2 con el H2O. __________________________________________________________________________

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108

Q

Química II

3. ¿Qué tipo de reacción se produce? __________________________________________________________________________ 4. ¿Qué tipo de reacción se produce cuando interacciona el ácido carbónico con el amoniaco? __________________________________________________________________________ 5. ¿Qué sucede al añadir el vinagre a la disolución? __________________________________________________________________________ ¿Cómo generar lluvia ácida? Impregna una tira de papel de cocina con una disolución del extracto de lombarda. Acerca un cerillo inmediatamente después de encenderlo. Observa que surge un punto rojo en la tira de papel, es el ácido. ¿A qué se debe? ¿Puede ser debido al dióxido de carbono (CO2) generado en la combustión? No, la disolución formada (ácido carbónico) no es lo suficientemente ácida como para producir el color rojo, esto se puede comprobar repitiendo el experimento pero dejando arder el cerillo un poco antes de acercarlo al papel. El color rojo surge debido a que el dióxido de azufre (SO2) se forma cuando el cerillo se inflama. Esto se debe a la presencia de azufre (S), entre otros productos para favorecer la ignición, en la cabeza del cerillo. El dióxido de azufre en contacto con el agua, que está presente en la tira de papel, forma ácido sulfuroso (H2SO3), que es más ácido que el ácido carbónico. En la combustión de algunos derivados del petróleo se produce dióxido de azufre que se evapora hacia la atmósfera. Luego, al llover y entrar en contacto con el agua, se forma el ácido sulfuroso, uno de los causantes de la lluvia ácida.

Actividad experimental 4 Preparación de un indicador de pH Objetivo Demostrar que los pigmentos vegetales pueden emplearse como indicadores de pH. Hipótesis Los pigmentos vegetales son sustancias químicas que cambian de color dependiendo del pH del medio.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Material 15 vasos desechables transparentes 10 goteros 1 navaja 6 frascos de vidrio con tapa cinta para etiquetar 1 coladera papel filtro para cafetera

Q

Sustancias vinagre blanco 10 limones 100 g de cal blanca limpiador líquido con amonia ácido muriático 100 g de flores de jamaica 1 col morada 1 betabel mediano 4 zanahorias 20 flores de bugambilia papel aluminio agua hirviendo

Procedimiento 1. Rebana en pequeños fragmentos las zanahorias, el betabel y la col morada. 2. Coloca un poco de cal blanca en un frasco de vidrio; añade agua, agita y tapa el frasco. 3. Prepara jugo con los limones; vierte en un frasco de vidrio y tápalo. 4. Acomoda en los vasos por separado las flores y los trozos de betabel, zanahoria y col morada. 5. Vierte agua en un recipiente y hierve. Apaga la flama y agrega el agua caliente a todos los vasos con los trozos de vegetales y las flores. 6. Deja enfriar los extractos. 7. Pasa por separado cada una de las soluciones a través de la tela delgada o del papel filtro para cafetera con ayuda de un colador pequeño. Recibe el líquido en un frasco de vidrio de boca ancha. 8. Tapa los frascos, envuélvelos en papel aluminio y almacena las disoluciones etiquetadas en el refrigerador. 9. Retira los extractos del refrigerador 30 minutos antes de hacer la siguiente parte del experimento. 10. Coloca un poco de cada disolución de los extractos en cinco vasos desechables diferentes y etiquetados. 11. Agrega a uno de los vasos cinco gotas de jugo de limón. Etiquétalo y observa. Repite la misma operación con el vinagre, el ácido muriático, la disolución de cal blanca y el limpiador con amonia. 12. Coloca en línea los vasos con las disoluciones y las gotas. Compara un vaso con la disolución a la que no se le haya agregado nada. 13. Ordena los vasos de cada extracto de pH ácido a básico y observa los colores. 14. Analiza cuál de los extractos ofrece mejores cambios de colores.

109

110

Q

Química II

Variantes Utiliza otras flores, cambia de agua caliente a agua a temperatura ambiente o fría, deja los extractos cerca de una lámpara o una ventana y sin cubrir con papel aluminio. Indica lo que puedes concluir del experimento en torno a: • Si los pigmentos vegetales son un buen indicador de pH. • Los líquidos en las plantas se encuentran a un pH neutro.

Rúbrica para la evaluación del collage

Collage: “El impacto ambiental en mi comunidad” Nombre del maestro(a): ___________________________________________________________________ Nombre del estudiante: ____________________________________________________________________ Indicador

Excelente

Muy bien

Bien

No satisfactorio

Atención al tema

El estudiante da una explicación razonable de cómo cada elemento está relacionado con el tema asignado. En la mayoría de los elementos, la relación es clara sin ninguna explicación.

El estudiante da una explicación razonable de cómo la mayoría de los elementos están relacionados con el tema asignado. Para la mayoría de los elementos, la relación está clara sin ninguna explicación.

El estudiante da una explicación bastante clara de cómo los elementos están relacionados con el tema asignado.

Las explicaciones del estudiante son vagas e ilustran su dificultad en entender cómo los elementos están relacionados con el tema asignado.

Calidad de la construcción

El collage muestra una considerable atención en su construcción. Sus componentes están nítidamente cortados. Todos los elementos están cuidadosa y seguramente pegados al fondo. No hay marcas, rayones o manchas de pegamento. Nada cuelga de los bordes.

El collage muestra atención en su construcción. Los elementos están nítidamente cortados. Todos los elementos están cuidadosa y seguramente pegados al fondo. Tiene algunas marcas notables; rayones o manchas de pegamento presentes. Nada cuelga de los bordes.

El collage muestra algo de atención en su construcción. La mayoría de los elementos están cortados. Todos los elementos están seguramente pegados al fondo. Hay pocas marcas notables; rayones o manchas de pegamento presentes. Nada cuelga de los bordes.

El collage fue construido descuidadamente, los elementos parecen estar colocados al azar. Hay piezas sueltas sobre los bordes. También hay rayones, manchas, rupturas, bordes no nivelados y algunas marcas son evidentes.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

111

Rúbrica para la evaluación del ensayo

Ensayo: “Importancia de los sistemas dispersos en la vida cotidiana” Nombre del maestro(a): ___________________________________________________________________ Nombre del estudiante: ____________________________________________________________________ Categoría

10

8

6

5

Enfoque o idea principal

La idea principal nomLa idea principal nombra el tema del ensayo y bra el tema del ensayo. esquematiza los puntos principales por discutir.

La idea principal esquematiza algunos o todos los puntos por discutir, pero no menciona el tema.

La idea principal no menciona el tema, ni los puntos a discutir.

Evidencia y ejemplos

Toda la evidencia y los ejemplos son específicos, relevantes y las explicaciones dadas muestran cómo cada elemento apoya la opinión del autor.

La mayoría de la evidencia y de los ejemplos son específicos, relevantes y las explicaciones dadas muestran cómo cada elemento apoya la opinión del autor.

Por lo menos un elemento de evidencia y alguno de los ejemplos es relevante y hay alguna explicación que muestra cómo ese elemento apoya la opinión del autor.

La evidencia y los ejemplos no son relevantes o no están explicados.

Captura la atención

El párrafo introductorio tiene un elemento apropiado que atrae la atención de la audiencia. Esto puede ser una afirmación fuerte, una cita relevante, una estadística o una pregunta dirigida al lector.

El párrafo introductorio tiene un elemento que atrae la atención de la audiencia, pero éste es débil, no es directo o es inapropiado para la audiencia.

El autor tiene un párrafo introductorio interesante, pero su conexión con el tema central no es clara.

El párrafo introductorio no es interesante y no es relevante al tema.

Conclusión

La conclusión es fuerte y deja al lector con una idea absolutamente clara de la posición del autor. Un parafraseo efectivo de la idea principal empieza la conclusión.

La conclusión es evidente. La posición del autor es parafraseada en las primeras dos oraciones de la conclusión.

La posición del autor es parafraseada en la conclusión, pero no al principio de la misma.

No hay conclusión. El trabajo simplemente termina.

Secuencia

Los argumentos e ideas secundarias están presentadas en un orden lógico que hace que las ideas del autor sean fáciles e interesantes a seguir.

Los argumentos e ideas secundarias están presentados en un orden más o menos lógico que hace razonablemente fácil seguir las ideas del autor.

Algunas de las ideas secundarias o argumentos no están presentados en el orden lógico esperado, lo que distrae al lector y hace que el ensayo sea confuso.

Muchas de las ideas secundarias o argumentos no están en el orden lógico esperado lo que distrae al lector y hace que el ensayo sea muy confuso.

112

Q

Química II

Rúbrica para la evaluación del reporte

Reporte de laboratorio: “Identificación de macromoléculas en alimentos” Nombre del maestro(a): ___________________________________________________________________ Integrantes del equipo: ____________________________________________________________________ 8

6

5

Fuentes de Varias fuentes de anteceanteceden- dentes de renombre son tes usados y citados correctamente. El material es traducido en las propias palabras de los estudiantes.

Indicador

10

Unas pocas fuentes de antecedentes de renombre son usadas y citadas correctamente. El material es traducido por los estudiantes en sus propias palabras.

Unas pocas fuentes de antecedentes son usadas y citadas correctamente, pero algunas fuentes no son de renombre. El material es traducido por los estudiantes en sus propias palabras.

El material es directamente copiado en lugar de ponerlo en palabras propias y/o las fuentes de antecedentes están citadas incorrectamente.

Reproduc- Los procedimientos pareción cen ser reproducibles. Los pasos están delineados en orden y están adecuadamente detallados.

Los procedimientos parecen ser reproducibles. Los pasos están delineados y adecuadamente detallados.

Todos los pasos están delineados, pero no hay suficientes detalles para reproducir los procedimientos.

Varios pasos no están delineados y no hay suficientes detalles para reproducir los procedimientos.

Cálculos

Se muestra todos los cálculos y los resultados son correctos y están etiquetados apropiadamente.

Se muestra algunos cálculos y los resultados son correctos y están etiquetados apropiadamente.

Se muestra algunos cálculos y los resultados están etiquetados apropiadamente.

No se muestra ningún cálculo.

Dibujos/ diagramas

Se incluyen diagramas claros y precisos que facilitan la comprensión del experimento. Los diagramas están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluye diagramas que están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluye diagramas y éstos están etiquetados.

Faltan diagramas importantes o faltan etiquetas importantes.

Resumen

El resumen describe las destrezas aprendidas, la información aprendida y algunas aplicaciones futuras a situaciones de la vida real.

El resumen describe la información aprendida y una posible aplicación a situaciones de la vida real.

El resumen describe la información aprendida.

No hay resumen escrito.

Dibujos/ diagramas

Se incluye diagramas claros y precisos que facilitan la comprensión del experimento. Los diagramas están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluye diagramas que están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluye diagramas y éstos están etiquetados.

Faltan diagramas importantes o faltan etiquetas importantes.

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

113

Instrumento de evaluación: Guía de observación Nombre de la asignatura: QUÍMICA II

Sistema:

Profesor:

Plantel:

Alumno:

Fecha de aplicación:

Grado y grupo:

Desempeño a evaluar: Actividad experimental Instrucciones de aplicación • Esta guía de observación deberá ser aplicada en equipos. • Cada equipo realizará la actividad indicada. • El docente solicitará que primero visiten la página electrónica sugerida, consigan por equipo el material necesario y trabajen en el laboratorio para realizar la actividad. • Primero, los integrantes de los equipos deberán responder la rúbrica que aparece al final del bloque, después el docente; uno de los integrantes del equipo anotará en el cuadro correspondiente el número que se ajuste a la percepción que tiene de sus compañeros de equipo respecto a las conductas que se anotan para resolver la actividad. • El docente se queda con el instrumento de evaluación después del trabajo. Núm. 1 2 3 4 5 6

Rasgos a evaluar Elaboran una estrategia para resolver la actividad. (1) Enfocan sus comentarios en la actividad. (1) Dan realimentación oportuna. (2) Reciben realimentación y la aprovechan. (2) Generan un ambiente para el aprendizaje. (1) Completan oportunamente la actividad y entregan los resultados obtenidos. (3) Totales

Equipo

Docente

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

Final

114

Q

Química II

Instrumento de evaluación: Guía de observación Nombre de la asignatura: QUÍMICA II

Sistema:

Profesor:

Plantel:

Alumno:

Fecha de aplicación:

Grado y grupo:

Desempeño a evaluar: Solución de problemas. Instrucciones de aplicación • En equipos (o de manera individual) el o los estudiantes resolverán los ejercicios indicados. • Al término de la actividad el docente se queda con el instrumento de evaluación. Núm. 1 2 3 4 5

Rasgos a evaluar El alumno trabaja en orden. (1) El alumno trabaja con limpieza. (1) El alumno identifica los datos del problema. (2) El alumno identifica una estrategia para dar solución al problema planteado. (3) El alumno da solución al problema considerando las indicaciones del docente. (3) Totales

Docente

Evaluó: _____________________________________________________________ (Nombre)

Bloque III: Comprendes la utilidad de los sistemas dispersos

Q

115

Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Nombre de la asignatura: QUÍMICA II Profesor(a): Integrantes del equipo:

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Producto a evaluar: Reporte de actividad experimental “_____________________” Instrucciones de aplicación • El docente solicitará la elaboración de un reporte de la actividad experimental “______”, que tenga en la portada los datos de los integrantes del equipo, introducción al tema y los resultados obtenidos en la misma. Núm. Indicador Cumplió 1 El reporte resalta los datos de identificación del equipo. (1) 2 El reporte tiene introducción al tema. (1) 3 El reporte tiene organización, integración y coherencia de ideas. (2) 4 El reporte muestra los resultados obtenidos. (2) 5 El reporte presenta gráficas y conclusiones. (4) Totales

No cumplió

Observaciones

Evaluó: _____________________________________________________________ (Nombre)

BLOQUE IV Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria Competencias genéricas 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Competencias disciplinares ■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

118

Q

Química II

RETOS • • •

Explica las propiedades y características de los compuestos del carbono. Reconoce los principales grupos funcionales orgánicos. Propone alternativas para el manejo de productos derivados del petróleo y la conservación del medio ambiente.

Ambiente de aprendizaje Galchimia y una firma de Israel combaten el cáncer La empresa de O Pino avanza en su internacionalización; colabora con corporaciones de Europa y América. Santiago / la voz 17/9/2011 Extraída de: http://www.lavozdegalicia.es/santiago/2011/09/18/0003_201109S18 C9991.htm La empresa Galchimia, ubicada en O Pino, colaborará con la israelí HQL Pharmaceuticals en la investigación contra el cáncer. Ambas firmas unirán esfuerzos en la búsqueda de nuevos fármacos para combatir tumores. Galchimia, fundada en el 2001, se ha situado como líder en España en química orgánica y sintética. HQL es una compañía especializada en descubrir fármacos en fases tempranas. La directora ejecutiva de Galchimia, Carmen Pampín, afirma que esta empresa “ha demostrado su compromiso en ayudar a las compañías farmacéuticas y de biotecnología a acelerar los esfuerzos para el descubrimiento de fármacos”. Muerte celular Esta firma gallega desarrolla servicios de alto valor añadido para las industrias química, farmacéutica y biotecnológica en Europa y Estados Unidos. Su proceso de internacionalización ha sido constante. El acuerdo con HQL supone su primer contacto “con la pujante comunidad de biotecnología israelí, y deseamos que sea un éxito”, sostiene Carmen Pampín. Ambas empresas trabajarán conjuntamente para desarrollar moléculas que provoquen una muerte celular programada, una estrategia que se considera crucial en oncología. La química desarrollada por Galchimia favorece los avances en el desarrollo de nuevos productos por parte de tres empresas.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

119

Actividad 1 Investiga en tu biblioteca escolar o en la red, lo siguiente: Cuando se quiere determinar la antigüedad en restos de seres vivos, telas, muebles, otros cuerpos u objetos, se emplea la denominada técnica de datación mediante la prueba del carbono-14. ¿En qué consiste esta prueba?, ¿se puede datar cualquier sustancia con ella?, ¿hay límite de tiempo dentro del cual se puede detectar la antigüedad de las muestras con certeza?

La ciencia de los alumnos

De las siguientes moléculas, subraya las que son de tipo orgánico. CH4

CaCO3

H2CO2

H2O

Al2O3

NH4

CO2

2HNO3

Reseña histórica La química, desde sus inicios en los siglos xviii y xix, se divide en dos grandes ramas: química orgánica y química inorgánica. F. Wöhler sintetiza una sustancia orgánica (urea) a partir de sustancias inorgánicas. Destruye la teoría de la fuerza vital. Kolbe y Berthelot sintetizan otras sustancias como etanol (alcohol) o ácido acético (vinagre) a partir de sustancias inorgánicas. Kekulé, Van’t Hoff y Le Bel, entre otros, descubren la tetravalencia del carbono, su forma de unirse, su distribución espacial en los compuestos, etcétera. La química orgánica, conocida también como química de los compuestos del carbono (no necesariamente de los seres vivos), estudia la preparación, reactividad, propiedades y estructuras de este tipo de compuestos.

Importancia de la química orgánica La química orgánica está presente en nuestra vida cotidiana: en nuestro organismo, en los medicamentos que consumimos, en nuestra alimentación, en los combustibles que utilizamos, etc. Además, los compuestos orgánicos son más numerosos que los inorgánicos.

120

Q

Química II

Los bioelementos se agrupan en moléculas comunes en todos los seres vivos o en principios inmediatos que son constituyentes de las sustancias de interés biológico: nucleótidos, aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos, drogas, medicinas, venenos, insecticidas, conservadores, etcétera. A nivel industrial los polímeros, naturales o artificiales, son el resultado de la unión de múltiples unidades monoméricas. Éstos se usan como: plástios, textiles, pegamentos, aislantes, recubrimientos (formaicas), vidrio orgánico, detergentes, cosméticos, perfumes y aditivos. La combustión de petróleo, carbón, gas natural o madera, permite la obtención de energía aprovechable y de materias primas que producen energía.

Características del carbono Nombre

Carbono

Número atómico

6

Valencia

+4, –4

Configuración electrónica

1s22s22p2

Masa atómica (g/mol)

12.01115

Densidad (g/ml)

2.26

Punto de ebullición (ºC)

4830

Punto de fusión (ºC)

3727

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

121

Propiedades

Átomo de carbono

El carbono es un elemento único en la química; forma un número de compuestos mayor que la suma total de los otros elementos combinados. El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1 000 000 de compuestos orgánicos (este número crece rápidamente cada año). Aunque la clasificación no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como inorgánicos en un número mucho menor que los orgánicos. Las tres formas de carbono elemental existentes en la naturaleza son: diamante, grafito y carbono amorfo. Son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las tres formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos. El carbono químicamente puro se prepara por descomposición térmica del azúcar (sacarosa) en ausencia de aire. El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi infinito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno.

Estado natural El carbono es un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque sólo constituye un 0.025% de la corteza terrestre, en donde existe principalmente en forma de carbonatos. Todas las plantas y animales vivos están formados por compuestos orgánicos complejos en los que el carbono está combinado con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Los vestigios de plantas y animales vivos forman depósitos de petróleo, asfalto y betún; los depósitos de gas natural contienen compuestos formados por carbono e hidrógeno.

Diamante sp3

Grafito sp3

No conductor

Conductor

–C–

–C–

122

Q

Química II

El elemento libre tiene muchos usos; desde las aplicaciones ornamentales del diamante en joyería, hasta el pigmento negro de humo en llantas de automóvil y tintas de imprenta. Otra forma del carbono, el grafito, se utiliza para crisoles de alta temperatura, electrodos de celda seca y de arco de luz, como puntillas de lápiz y como lubricante. El carbón vegetal, una forma amorfa del carbono, se utiliza como absorbente de gases y agente decolorante.

Usos de los compuestos de carbono El negro de humo, al que a veces se denomina de forma incorrecta negro de carbono, se obtiene quemando hidrocarburos líquidos como el queroseno, con una cantidad de aire insuficiente para producir una llama humeante; el humo u hollín se recoge en una cámara separada. Durante mucho tiempo se utilizó el negro de humo como pigmento negro en tintas y pinturas, pero ha sido sustituido por el negro de carbono, que está compuesto por partículas más finas. El negro de carbono, llamado también negro de gas, se obtiene por la combustión incompleta del gas natural y se utiliza sobre todo como agente de relleno y de refuerzo en el caucho o hule. En 1985 los científicos volatilizaron el grafito para producir una forma estable de molécula de carbono que consistía en sesenta átomos del elemento dispuestos en una forma esférica desigual parecida a un balón de fútbol. La molécula recibió el nombre de buckminsterfulereno (“pelota de Bucky”) en honor de R. Buckminster Fuller, el inventor de la cúpula geodésica. La molécula podría ser común en el polvo interestelar.

Configuración electrónica El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y debido a que las propiedades químicas de elementos y compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de carbono para poder comprender su singular comportamiento químico. Se trata del elemento con número atómico Z = 6. Por tal motivo, su configuración electrónica en el estado fundamental, o no excitado, es 1s2 2s2 2p2. La existencia de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad de ganar otros cuatro, convirtiéndose en el ion C4 – cuya configuración electrónica coincide con la del gas noble Ne, o de perderlos, pasando al ion C4+ de configuración electrónica idéntica a la del He. En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones indica una dosis de energía elevada; el átomo de carbono opta por compartir sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes. Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se denomina tetravalencia.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

123

La siguiente figura muestra el número máximo de electrones que pueden compartir dos átomos de carbono. C

C

C

C

C

C

C

C

Enlace sencillo

C

Enlace doble

C

C C

Enlace triple

Tipos de fórmulas La fórmula química es la forma escrita de una molécula. Nos proporciona, como mínimo, dos informaciones importantes: qué elementos forman el compuesto y en qué proporción. Tipos de fórmulas Pueden ser

Empírica

Molecular

Geométrica

Pueden ser

Condensada

Semidesarrollada

Planas

Son

Desarrollada o estructural

Tridimensionales

La fórmula empírica proporciona el número y tipos de átomos, es decir, la relación mínima de un compuesto, por ejemplo: la fórmula mínima o empírica del metano es CH. En cambio, la fórmula verdadera o molecular indica el número total de átomos de cada elemento en la molécula. Para conocer la fórmula molecular a partir de la empírica es preciso conocer la masa molecular del compuesto, por ejemplo: C6H6. La fórmula verdadera o molecular puede ser de tres tipos: Condensada: cuando únicamente se expresan el tipo de átomos y el número de átomos correspondiente, sin indicar ningún enlace.

124

Q

Química II

Semidesarrollada: por ejemplo, HC } CH cuando únicamente se presentan los enlaces principales carbono–carbono. Desarrollada o estructural: cuando se representan todos y cada uno de los enlaces presentes en la molécula, además de los átomos correspondientes.

Tipos de cadenas Es la secuencia de átomos de carbono unidos entre sí que forman el esqueleto de la molécula orgánica. Hay diferentes tipos de cadena, según su forma: Abierta o acíclica: los átomos de carbono extremos no están unidos entre sí. No forman anillos o ciclos y pueden ser: No llevan ningún tipo de sustitución. Los átomos de carbono

Lineal

pueden escribirse en línea recta, aunque también en forma

C

C

C

C

C

retorcida para ocupar menor espacio. Es importante identificar que, aunque esté torcida, es una cadena lineal.

Ramificada

De alguno de los carbonos de la cadena lineal sale una o varias

C

cadenas secundarias o ramas.

C

C

C

C

C

C C

Cerrada o cíclica: el último carbono de la cadena se une al primero, formando un ciclo o anillo. Pueden ser: Homocíclica Heterocíclica

Los átomos del ciclo son átomos de carbono. Algún átomo de carbono del ciclo fue sustituido por otro átomo, por ejemplo N, S, O, etcétera.

Monocíclica

Sólo hay un ciclo.

Policíclica

Hay varios ciclos unidos.

Hibridación del carbono La hibridación es un fenómeno que consiste en la mezcla de orbitales atómicos puros para generar un conjunto de orbitales híbridos que tienen características combinadas de los orbitales originales.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

125

El carbono es el único elemento que presenta los tres tipos de hibridación, a continuación veremos en qué consiste cada uno. La configuración electrónica desarrollada para el carbono es:

O CH3

CH2

C

Propanal

H

1s

2s

2px

2py

2pz

El primer paso en la hibridación es la promoción de un electrón del orbital 2s al orbital 2p.

1s

2s

2px

2py

2pz

Después de la promoción electrónica, se presenta la hibridación, como se muestra en la siguiente tabla:

Tipo de hibridación

Orbitales s y orbitales p

Número de orbitales híbridos (OH)

Número de orbitales puros (OP)

sp3

1s + 3p

4 OH

0 (OP)

4 enlaces sencillos

2

sp

1s + 2p

3 OH

1 (OP)

1 enlace doble y 2 sencillos

sp

1s + 1p

2 OH

2 (OP)

1 triple enlace y uno sencillo

Número de enlaces que puede formar

Un ejemplo típico de compuestos que presentan hibridación son los hidrocarburos.

Hidrocarburo

Tipo de hibridación

Alcanos

sp3

Alquenos

sp2

Alquinos

sp

Geometría molecular El tipo de hibridación determina la geometría molecular, que se resume en el siguiente cuadro.

126

Q

Química II

Hibridación

Geometría molecular

Ángulo de enlace

Geometría molecular

Tipo de enlace

H sp3

Tetragonal

109.5°

H

C

H

109°28

Sencillo

H

120°

sp2

Trigonal

120°

Doble

C H

sp

Lineal

H

C

180°

C

Triple

180°

Actividad 2 Completa los datos de la siguiente tabla de acuerdo con la siguiente estructura: g) a)

b)

c)

CH3

d)

CH2–CH3

CH C–CH2–CH–CH2–C=CH–C–CH2–C–CH2–CH=CH–Cl e)

CH3 Carbono a)

b)

c)

d)

Tipo de enlace

Tipo de carbono

Cl

f)

CH3

h)

Br

Tipo de hibridación

Geometría molecular

Ángulo de enlace

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

e)

f)

g)

h)

Actividad 3 Completa la tabla con base en la siguiente estructura. g) a)

b)

c)

CH3–CH= C–CH2–CH–C CH3

Carbono

a)

b)

c)

d)

Tipo de hibridación

Cl Ángulo de enlace

d)

e)

CH3–CH–CH3 f)

C–CH2–CH=CH–C–C

C–CH3

h)

CH3 Geometría molecular

Tipo de carbono

Tipo de enlace

127

128

Q

Química II

e)

f)

g)

h)

La química de los compuestos de carbono El átomo de carbono, debido a su configuración electrónica, presenta una importante capacidad de combinación. Los átomos de carbono pueden unirse entre sí formando estructuras complejas y enlazarse a átomos o grupos de átomos que confieren a las moléculas resultantes propiedades específicas. La enorme diversidad de los compuestos del carbono hace de su estudio químico una importante área del conocimiento puro y aplicado de la ciencia actual.

Isomería Un isómero es un compuesto que tiene la misma fórmula molecular que otra sustancia, pero diferente arreglo en el espacio, por lo tanto presentan propiedades químicas o físicas diferentes. Los diferentes tipos de isomería se clasifican de la siguiente manera:

Isomería Puede ser

Estructural Puede ser De cadena De posición De función

Estereoisomería Puede ser Geométrica Óptica

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

129

Isomería estructural o plana La isomería estructural o plana se debe a diferencias de estructura y puede explicarse mediante fórmulas planas. a) Isomería de cadena Es la que presentan las sustancias cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la disposición de los átomos de carbono en el esqueleto carbonado, por ejemplo: Isómeros con fórmula molecular C4H10 CH3 CH3– CH2– CH2– CH3 CH3– CH– CH3 n-butano 2-metil-propano (isobutano) b) Isomería de posición Tipo de isomería cuyas fórmulas estructurales difieren únicamente en la situación de su grupo funcional sobre el esqueleto carbonado, por ejemplo: Isómeros con fórmula molecular C3H8 CH3– CH2– CH2OH CH3– CHOH– CH3 1-propanol 2-propanol c) Isomería de función Este tipo de isomería se presenta en sustancias que contienen la misma fórmula molecular pero distinto grupo funcional, por ejemplo: Isómeros con fórmula molecular C2H6O CH3– CH2OH CH3– O–CH3 Etanol metano-oxi-metano O CH3– CH2–C

O CH3– C

H Propanal

CH3 Propanona

Estereoisomería La estereoisomería la presentan sustancias que no obstante tener la misma estructura, presentan diferente distribución espacial de sus átomos. Isomería geométrica Una de las formas de estereoisomería es la isomería geométrica. En la isomería geométrica, desde un punto de vista mecánico, no es posible la rotación libre alrededor del eje del doble enlace. Es característica de sustancias que presentan un doble enlace carbono-carbono: C = C , así como de ciertos compuestos cíclicos.

130

Q

Química II

Para que pueda darse en los compuestos con doble enlace, es preciso que los sustituyentes en cada uno de los carbonos implicados en el doble enlace sean distintos. Es decir, que ninguno de los carbonos implicados en el doble enlace tenga los dos sustituyentes iguales. Las distribuciones espaciales posibles para una sustancia con un doble enlace son: • Isomería cis: los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en una misma región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono. • Isomería trans: los sustituyentes iguales de los dos átomos de carbono afectados por el doble enlace se encuentran situados en distinta región del espacio con respecto al plano que contiene al doble enlace carbono-carbono. Por ejemplo: Isómeros geométricos para el compuesto CH3–CH=CH–COOH H3C COOH H3C H C=C C=C H H H COOH Isómero cis (ácido isocrotónico) Isómero trans (ácido crotónico) Resulta más fácil transformar la forma cis en la trans que a la inversa; la forma trans es la más estable.

Configuraciones y conformaciones Como acabamos de ver al estudiar la isomería geométrica, hay ocasiones en que una misma estructura molecular puede adoptar disposiciones espaciales diferentes y estables que resultan ser isómeros espaciales separables. Estas disposiciones espaciales diferentes y permanentes reciben el nombre de configuraciones. Así, las formas cis y trans de los isómeros geométricos son distintas configuraciones de la misma estructura. La libre rotación en torno a un enlace simple da lugar a que las moléculas puedan adoptar un número infinito de distribuciones espaciales interconvertibles recíprocamente y sin ruptura de enlaces. Estas disposiciones espaciales reciben el nombre genérico de conformaciones, son pasajeras y se interconvierten con tal facilidad que no es posible aislar los isómeros espaciales. Dos o más conformaciones diferentes de una misma molécula reciben la denominación recíproca de rotámeros o confórmeros. De las infinitas conformaciones posibles por libre rotación en torno al enlace simple no todas son igualmente probables; dependen de las interacciones entre los átomos de la misma molécula. En el etanol, que es uno de los casos más sencillos por considerar, las conformaciones más notables son la alternada y la eclipsada. La siguiente figura muestra ambas conformaciones con distintos tipos de representaciones:

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Q

131

Conformación alternada H

H

H

H

H

H C

HH

H

C

H

Proyección modificada de Newman

H H

Proyección de enlaces convencionales

Etano (C2H6) Conformación eclipsada H

HH

H

H C

H

H H H H Proyección en caballete

HH

HH

H C

H

Proyección modificada de Newman

H H

Proyección de enlaces convencionales

La conformación de mayor contenido energético es la eclipsada, debido a que la repulsión entre los átomos de hidrógeno es máxima, mientras que en la conformación alternada es mínima. Isomería óptica Existen sustancias que al ser atravesadas por luz polarizada plana producen un giro del plano de vibración de la luz, estas sustancias presentan actividad óptica. Se llaman sustancias dextrógiras las que, al ser atravesadas por una luz polarizada plana, giran el plano de polarización hacia la derecha (según un observador que reciba la luz frontalmente). Se llaman sustancias levógiras las que, al ser atravesadas por una luz polarizada plana, giran el plano de polarización hacia la izquierda (según un observador que reciba la luz frontalmente). La causa de la actividad óptica radica en la asimetría molecular. En química orgánica la principal causa de asimetría molecular es la presencia de algún átomo de carbono asimétrico en la molécula. Éste se caracteriza por estar unido a cuatro grupos diferentes. Los carbonos asimétricos generalmente se señalan con un asterisco cuando se quiere poner de manifiesto su carácter. En el caso de una molécula con un solo átomo de carbono asimétrico son posibles dos configuraciones distintas: una es la imagen especular de la otra. Estas configuraciones son recíprocamente enantiómeros. H3C

CH3

C+ HO

+

C

H

H CH2OH

Espejo

OH HOH2C

Configuraciones de enantiómeros (imágenes especulares)

132

Q

Química II

Actividad 4 Identifica a qué tipo de isómeros corresponden los siguientes ejemplos:

CH3–CH2–OH CH3–O–CH3 _______________________________________________________________________________________________________ CH3–CH2–CH2 OH CH3–CH2–O–CH3 _______________________________________________________________________________________________________ CH3–CH2–CH2–CO–CH3

CH3–CH2–CO–CH2 –CH3

_______________________________________________________________________________________________________ H

H3C 1

H

H3C 2

H CH3

1

2

CH3 H

_______________________________________________________________________________________________________

Actividad 5 Investiga de forma individual qué es una mezcla racémica y qué efectos puede producir.

Hidrocarburos Los elementos más frecuentes en los compuestos orgánicos son: C, H, O, N, P, S, X.

Los compuestos orgánicos tienen como elemento fundamental el carbono, elemento tetravalente que puede formar cadenas de longitud y ramificación variable. Éstas suelen contener hidrógeno. De aquí que los compuestos orgánicos estén formados por cadenas hidrocarbonadas. Además de estos átomos, los compuestos orgánicos pueden contener otros, denominados heteroátomos, siendo los más frecuentes: oxígeno, nitrógeno, halógenos, azufre y fósforo, aunque pueden contener otros elementos.

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Q

133

El enlace que se produce entre dos átomos de carbono es muy estable y tiene la misma fuerza que existe entre un átomo de carbono y uno de hidrógeno. Esto quiere decir que se pueden formar largas cadenas de átomos de carbono unidos entre sí mediante enlaces simples, dobles o triples. Estas largas cadenas de carbono son la base de las moléculas biológicas.

Las cadenas de átomos de carbono pueden ser lineales, con una única fila de átomos de este elemento. Entonces los átomos de carbono son primarios si están en un extremo de la cadena o secundarios si están en el interior. Las cadenas pueden ramificarse; en éstas un átomo de carbono puede unirse a otros tres átomos de carbono, en cuyo caso se le denomina terciario, o a cuatro átomos de carbono, con lo que sería cuaternario.

Carbono primario

Carbono secundario

Carbono terciario

Carbono cuaternario

Si los átomos de carbono se unen entre sí y con átomos de hidrógeno, se forman hidrocarburos. Si además aparecen átomos de oxígeno, nitrógeno, azufre o fósforo, aumenta la complejidad de las moléculas y se genera lo que se conoce como grupos funcionales. El siguiente esquema permite visualizar mejor la clasificación de los compuestos orgánicos.

134

Q

Química II

Compuestos orgánicos Se clasifican en

Hidrocarburos

Hidrocarburos sustituidos Conformados por

Conformados por Carbono e hidrógeno

Oxígeno

Nitrógeno

Halógenos

Pueden ser:

Alifáticos

Aromáticos Pueden ser

Saturados

Alcoholes Aldehídos Cetonas Ácidos carboxílicos Éteres Ésteres Fenoles

Aminas Amidas Iminas Nitrilos Azocompuestos

Haluros Haluros de acilo

Insaturados

Son Son Alcanos

Alquenos

Alquinos

¿Qué es un grupo funcional? Hemos visto que al sustituir los hidrógenos de los hidrocarburos se pueden obtener compuestos derivados que poseen diversas propiedades y que presentan estructuras muy distintas (el átomo o grupo de átomos sustituyentes les confieren otras propiedades físicas y químicas). A ese átomo o grupo de átomos que representan la diferencia entre un hidrocarburo y el nuevo compuesto, se le llama grupo funcional. Como corolario, podemos decir que un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que caracteriza a una clase de compuestos orgánicos. Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que lo poseen; determina su función química. Entonces, se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a un grupo de sustancias que tienen estructura semejante dado que poseen un determinado grupo funcional.

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Q

135

Actividad 6 Investiga en la biblioteca escolar o en Internet cuáles son las principales funciones químicas y realiza una tabla con todos los compuestos que las conforman. Entrega a tu profesor el resultado de tu búsqueda. Recuerda citar la fuente bibliográfica.

Grupos funcionales Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que lo poseen, es decir, determina su función química. Los principales grupos funcionales son los siguientes:

Grupo funcional

Compuestos Alcanos

Fórmula –C–C–

Alquenos Hidrocarburos

Ejemplo CH3–CH3 CH3CH=CH2

C=C

Alquinos

–C=C–

CH3–C=C–CH3 H H

Grupo hidroxilo

Alcoholes

–OH

H–C–C–O–H H H

Grupo alcoxi

Éteres

R–O–R

CH3–O–CH3 O

Aldehídos Grupo carbonilo

CH3–CH2–CH2–C H

>C=O

CH3–C–CH2–CH2–CH3

Cetonas

O O

Grupo carboxilo

Ácidos carboxílicos

O CH3–CH2–C

–C

OH

O–H H Grupo amino

Aminas

CH3–CH2–NH2

–N H

Grupo acilo

Ésteres

O –O–C–

O CH3–C–O–CH3

136

Q

Química II

H O Grupo amino y carbonilo

Amida

O

R–N–C–R

CH3–C NH–CH3

Grupo haluro

Haluros de alquilo

R–X

CH3–CHBr–CHBr–CH3

Los compuestos formados por una cadena de átomos de carbono unidos mediante enlaces simples y con átomos de hidrógeno completando los cuatro enlaces del carbono se denominan alcanos. Al escribir la fórmula de un alcano, como en la mayoría de los compuestos orgánicos, no basta indicar el número y la clase de los átomos; es necesario indicar, la mayoría de las veces, el orden en que se unen.

Alcanos Los alcanos son hidrocarburos saturados, están formados exclusivamente por carbono e hidrógeno y sólo hay enlaces sencillos en su estructura. Fórmula general: CnH2n+2 donde “n” representa el número de carbonos del alcano. Una serie homóloga es un conjunto de compuestos en los que cada uno difiere del siguiente en un grupo metileno (–CH2–), excepto en los dos primeros.

Fórmula molecular

Nombre

Fórmula semidesarrollada

CH4

Metano

CH4

C2H5

Etano

CH3 – CH3

C3H8

Propano

CH3 – CH2 – CH3

C4H10

Butano

CH3 – (CH2) 2 – CH3

C5H12

Pentano

CH3 – (CH2) 3 – CH3

C6H14

Hexano

CH3 – (CH2) 4 – CH3

C7H16

Heptano

CH3 – (CH2) 5 – CH3

C8H18

Octano

CH3 – (CH2) 6 – CH3

C9H20

Nonano

CH3 – (CH2) 7 – CH3

C10H22

Decano

CH3 – (CH2) 8 – CH3

La terminación sistémica de los alcanos es –ano. Un compuesto con esta terminación en el nombre no siempre es un alcano, pero la terminación indica que es un compuesto saturado y por lo tanto no tiene enlaces múltiples en su estructura.

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Q

137

Nomenclatura de alcanos Las reglas de nomenclatura para compuestos orgánicos e inorgánicos son establecidas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés). A continuación se señalan las reglas para la nomenclatura de alcanos y que constituyen la base de la nomenclatura de los compuestos orgánicos. 1. La base del nombre fundamental es la cadena continua más larga de átomos de carbono. 2. La numeración se inicia por el extremo más cercano a una ramificación. En caso de encontrar dos ramificaciones a la misma distancia, se empieza a numerar por el extremo más cercano a la ramificación de menor orden alfabético. Si se encuentran dos ramificaciones del mismo nombre a la misma distancia de cada uno de los extremos, se busca una tercera ramificación y se numera la cadena por el extremo más cercano a ella. 3. Si se encuentran dos o más cadenas con el mismo número de átomos de carbono, se selecciona la que deje fuera los radicales alquilo más sencillos. En los isómeros se toman los lineales como más simples. El n-propil es menos complejo que el isopropil. El ter-butil es el más complejo de los radicales alquilo de 4 carbonos. 4. Cuando en un compuesto hay dos o más ramificaciones iguales, no se repite el nombre, se le añade un prefijo numeral. Los prefijos numerales son: Número

Prefijo

2 3 4

Di o bi Tri Tetra

5

Penta

6

Hexa

7

Hepta

5. Se escriben las ramificaciones en orden alfabético y el nombre del alcano que corresponda a la cadena principal como una sola palabra junto con el último radical. Al ordenar alfabéticamente los prefijos numerales y los prefijos n-, sec- y ter- no se toman en cuenta. 6. Por convención, los números y las palabras se separan mediante un guión y los números entre sí se separan por comas. La comprensión y el uso adecuado de las reglas señaladas facilitan la escritura de nombres y fórmulas de compuestos orgánicos.

Radicales alquilo Cuando alguno de los alcanos pierde un átomo de hidrógeno, se forma un radical alquilo. Estos radicales aparecen como ramificaciones sustituyendo átomos de hidrógeno en las cadenas.

138

Q

Química II

Los radicales alquilo de uso más común son: Radicales alquilo –CH3 METIL

–CH2–CH3 ETIL

–CH2–CH2–CH3 n-PROPIL

–CH2–CH2–CH2–CH3 n-BUTIL

–CH–CH3

–CH2–CH–CH3

CH3 ISOPROPIL –CH–CH2–CH3 CH3 SEC-BUTIL

CH3 ISOBUTIL CH3–C–CH3 CH3 TER-BUTIL

Las líneas rojas indican el enlace con el cual el radical se une a la cadena principal. Esto es muy importante; el radical no puede unirse por cualquiera de sus carbonos, sólo por el que tiene el enlace libre.

Actividad 7 Resuelve los siguientes ejercicios dándole nombre a cada fórmula: CH3–CH–CH2–CH2–CH3 CH2–CH3 CH3–CH2–CH2–CH–CH–CH2–CH2–CH3 CH3 CH3–CH3 CH3 CH3 CH–CH–CH3 CH3–CH–CH2–CH–CH–CH2–CH2–CH2–CH3 CH3

CH2–CH3

CH2 CH3 CH3–CH – CH–CH2–CH–CH3 CH3–CH2–CH2–CH3 CH3 CH3–C–CH2–CH–CH3 CH3

CH3

CH3–CH – CH–CH3 CH3 CH3

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Q

139

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

CH2–CH3

Si nos dan el nombre, se siguen los siguientes pasos para dibujar la estructura molecular. a) Escribe la cadena más larga de carbonos. b) Sitúa los radicales sobre la cadena con la ayuda de los localizadores. c) Completa el esqueleto de carbonos con hidrógenos hasta completar los cuatro enlaces de cada carbono.

Actividad 8 Escribe en tu libreta la estructura de los siguientes alcanos; intercambia tus resultados con un compañero y revisa la estructura de los compuestos citados. a) 4-etil-2,4-dimetilhexano b) 3-isopropil-2,5-dimetilheptano c) Metilpentano d) 5-isopropil-3-metiloctano e) 5-sec-butil-5-ter-butildecano

Actividad 9 Investiga las propiedades físicas y químicas de los alcanos y complementa la siguiente tabla. Propiedades físicas

Propiedades químicas

140

Q

Química II

Actividad 10 En la siguiente tabla escribe cinco ejemplos de alcanos que empleemos comúnmente. Nombre del alcano

Usos

Alquenos El grupo funcional característico de los alquenos es el doble enlace entre carbonos. Cumplen la misma fórmula molecular que los cicloalcanos CnH2n, ya que poseen una insaturación. Para nombrarlos se cambia la terminación -ano de los alcanos por -eno. El más sencillo de los alquenos es el eteno, conocido generalmente por su nombre común: etileno. La mayoría de los alquenos se obtienen del petróleo crudo mediante la deshidrogenación de los alcanos.

Nomenclatura de alquenos La IUPAC nombra a los alquenos cambiando la terminación -ano del alcano por -eno. Se elige como cadena principal la más larga que contenga el doble enlace

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

141

y se numera para que tome el localizador más bajo. Ten en cuenta los siguientes pasos. 1. Se elige como cadena principal la más larga que contenga el doble enlace. 2. Se numera la cadena principal de modo que el doble enlace tenga el localizador más bajo posible. 3. Los grupos funcionales como alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, etc., tienen prioridad sobre el doble enlace. Se les asigna el localizador más bajo posible y dan nombre a la molécula. 1

2

3

5

4

CH3

1

3

2

4

3-Metilpent-2-eno

5

6

7

8

Cl 5-Cloro-6-etil-2,4-dimetiloct-3-eno

Cl 1

1

6 2 4

2 3 CH3

6

1-Cloro-3-metilciclopentano

4 5

3

3-Propil-hexa-15,5-dieno

Un alqueno puede tener varios enlaces dobles. Para indicarlo, al sufijo -eno se le añade un prefijo que indica el número de dobles enlaces. Se ha de procurar que los números de los carbonos con dobles enlaces sean los más bajos posibles. Por ejemplo, en el compuesto: CH3–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH3 2,5-octadieno Si se empieza la cadena por la izquierda, los dobles enlaces quedarían en los carbonos 3 y 6. Comenzando a contar por la derecha, los dobles enlaces quedan en los carbonos 2 y 5, así se empezará a numerar por la izquierda. Como se tienen ocho carbonos, llevará el lexema octa; al llevar dos dobles enlaces, debe llevar el prefijo di, y por tener dobles enlaces el sufijo –eno. El nombre debe ser 2,5 octadieno. Si la cadena es ramificada, siempre ha de tener prioridad el doble enlace, de manera que es el doble enlace el que debe tener el número más pequeño.

142

Q

Química II

Actividad 11 Investiga las propiedades físicas y químicas de los alquenos. Completa la siguiente tabla. Propiedades físicas

Propiedades químicas

Alquinos Los alquinos son hidrocarburos que contienen enlaces triples carbono-carbono. La fórmula molecular general para los alquinos acíclicos es CnH2n-2 y su grado de insaturación es 2. El acetileno o etino, el alquino más simple, fue descubierto por Berthelot en 1862.

Nomenclatura de alquinos Los alquinos se nombran sustituyendo el sufijo -ano del alcano con igual número de carbonos por -ino. Al igual que en los alquenos se le da prioridad al triple enlace: HC CH Etino

H3C–C CH Propino

H3C–C C–C–CH3 But-2-ino

Nombremos el siguiente compuesto: 3 2 1

Cl 4 6 5

7

8

CH3CH2C CH But-1-ino

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

143

1. La cadena principal se constituye por ocho átomos. 2. Se empieza a numerar por el extremo izquierdo para que el triple enlace tome el localizador más bajo. 3. Los sustituyentes son: cloro en posición 6 y metilo en posición 7. 4. Nombre: 6-cloro-7-metiloct-3-ino. Veamos otro ejemplo: 1 2

9 3

4

8 5

6

7

1. La cadena principal tiene 9 carbonos (nonino). 2. Se empieza a numerar por el extremo izquierdo para otorgar al triple enlace el localizador 4. Si numeramos desde la derecha el localizador es 5. 3. Los sustituyentes metilos se encuentran en las posiciones 3 y 7. 4. El nombre del compuesto es: 3,7-dimetilnon-4-ino.

Actividad 12 Escribe las fórmulas estructurales de los siguientes alquinos: a) 2,5-dimetilhex-3-ino b) 2-octino c) Etinilciclohexano d) 1-(2-butinil)-3-metilciclohexano e) 3-etil-3-metilpent-1-ino f) 3-metilpent-1-eno-4-ino g) 2-propino h) Ciclodecino i)

3-tert-butil-5-isobutilnon-1-ino

j)

Diclohexiletino

144

Q

Química II

Actividad 13 Elabora una nota periodística sobre las propiedades físicas y químicas de los alquinos. Coméntala con tu grupo.

Actividad 14 Completa la siguiente tabla indicando si la fórmula corresponde a un alcano, alqueno o alquino. C4H10 C9H18 CH4 C8H18 C6H6 C8H14 C5H8 C7H12

Hidrocarburos cíclicos Los hidrocarburos cíclicos se nombran igual que los alcanos, alquenos o alquinos con el mismo número de átomos de carbono pero anteponiendo el prefijo ciclo-. CH2–CH2 CH2–CH2 Ciclobutano Si el ciclo tiene varios sustituyentes se numeran para que reciban los localizadores más bajos y se posicionan por orden alfabético. En caso de varias opciones, se decidirá el orden, de preferencia alfabético, de los radicales. CH3–CH2

CH2

CH3–CH2–CH2 1-etil-3-metil-5-propilciclohexano

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

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En el caso de anillos con insaturaciones, los carbonos se numeran de modo que dichos enlaces tengan los números localizadores más bajos. CH3

CH3 CH3

3,4,5-trimetilciclohexeno Si el compuesto cíclico tiene cadenas laterales más o menos extensas, conviene nombrarlo como derivado de una cadena lateral. En estos casos, los hidrocarburos cíclicos se nombran como radicales con las terminaciones -il, -enil o -inil.

CH3–CH2–CH–CH–CH–CH3 CH3 3-ciclohexil-4-ciclopentil-2-metilhexano

Actividad 15 Nombra las siguientes estructuras: CH3 CH3

CH3

CH3–CH2

CH3 CH3

CH CH3

C

CH2–CH3

CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

CH3

CH3 CH2–CH3

146

Q

Química II

Compuestos aromáticos El benceno es un anillo plano de átomos de carbono con hibridación sp2 y con todos los orbitales p no hibridados alineados y traslapados. La longitud de todos los enlaces carbono-carbono es de 1.397 Å y todos los ángulos de enlace son de 120°. 1.397 Å

H 120

120

La conjugación y la deslocalización de los electrones en el benceno proporcionan a este compuesto una estabilidad mayor que la de los cíclicos no conjugados. El término compuesto aromático se utiliza para describir un compuesto cíclico con dobles enlaces conjugados y que se estabiliza por resonancia. Los bencenos monosustituidos se nombran terminando el nombre del sustituyente en benceno.

Bromobenceno

Nitrobenceno

Metilbenceno

Etilbenceno

Algunos derivados monosustituidos del benceno tienen nombres comunes ampliamente aceptados.

Benzaldehido

Fenol

Ácido benzoico

Anisol

Estireno

Anilina

Acetofena

Benzofenona

Tolueno

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

147

En bencenos disustituidos se emplean los prefijos orto-(benceno 1,2-disustituido), meta-(benceno 1,3-disustituido) y para-(benceno 1,4-disustituido) para indicar la posición de los sustituyentes en el anillo.

o-Diclorobenceno (1,2-Diclorobenceno)

m-Bromoclorobenceno

p-Nitrotolueno

(1-Bromo-3-clorobenceno)

(4-Nitrotolueno)

Halogenuros de alquilo Los halogenuros de alquilo son compuestos formados por carbono, hidrógeno, uno o más átomos de halógeno y enlaces sencillos. La terminación sistémica de estos compuestos es -ano y son compuestos saturados. En la nomenclatura sistémica, al seleccionar la cadena principal, el carbono o los carbonos unidos a alguno de los halógenos deben formar parte de ella. En cuanto a la numeración: 1. Se inicia por el extremo más cercano al halógeno. 2. Si hay dos halógenos y están a la misma distancia de los extremos, se inicia por el más cercano al de menor orden alfabético. 3. Si los halógenos son iguales y están a la misma distancia, nos basamos en otro halógeno, si lo hay, o en el radical alquilo más cercano.

Actividad 16 Escribe la estructura que corresponda a los siguientes nombres. a) 2-bromo-3-cloropentano b) 3,3,6,7-tetracloro-4-isobutiloctano c) 3-sec-butil-5-ter-butil-1,6-diyodononano d) Cloruro de isobutilo

148

Q

Química II

Actividad 17 Completa la siguiente tabla indicando los usos de las siguientes sustancias: Nombre común

Nombre IUPAQ

Fórmula

Principales usos

Cloroformo

Tetrafluoroetileno

Tetracloruro de carbono

Tetrafluorocarburos

Alcoholes Los alcoholes son compuestos orgánicos formados a partir de los hidrocarburos y mediante la sustitución de uno o más grupos hidroxilo por un número igual de átomos de hidrógeno. El término se extiende a diversos productos sustituidos que tienen carácter neutro y que contienen uno o más grupos alcoholes. De acuerdo con la IUPAQ, para nombrar los alcoholes se utiliza la terminación -ol al final de la nomenclatura raíz del alcano homólogo correspondiente, por ejemplo: CH4 Metano

CH3OH Metanol

CH3CH3 Etano

CH3CH2OH Etanol

Esta nomenclatura de la IUPAC es particularmente útil para los alcoholes más complejos, así tenemos que la posición del grupo hidroxilo (–OH) se señala con un número que corresponde al carbono de la cadena recta más larga encontrada, y contado a partir del extremo más cercano al carbono que tiene el grupo hidroxilo.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Los ejemplos de la figura siguiente ejemplifican el caso: OH CH3

Q

149

OH

CH2CH2CH2OH

CH3CH2CHCH3

CH3CH2CHCH2CHCH2CH2CH3

1-Propanol

2-Butanol

6-Metil-4-octanol (no 3-Metil-5-octanol)

Observa en la figura que el número se coloca delante del nombre del radical al que hace referencia. Es decir, con la terminación -ol para el radical hidroxilo y metil para el radical metilo –CH3. Los alcoholes también pueden tener anillos cerrados en su estructura, en este caso se les coloca el prefijo ciclo delante del nombre. A su vez, los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, dependiendo de la cantidad de radicales acoplados al carbono que tiene el grupo hidroxilo. Veamos: H

H

R⬘⬘

R–C–OH

R–C–OH

R–C–OH

H Alcohol primario

R⬘ Alcohol secundario

R⬘⬘ Alcohol terciario CH3 CH3–C–OH CH3 Alcohol terciario

CH3 CH3CH2–OH

CH–OH

Alcohol primario

CH3 Alcohol secundario

Observa que el etanol tiene sólo un grupo metilo acoplado al carbono donde está el grupo hidroxilo, por lo que se convierte en un alcohol primario. Sin embargo, el alcohol isopropílico tiene dos y el 1-butílico tres, por lo que son alcoholes secundario y terciario, respectivamente. Algunos alcoholes superiores de cadena recta han recibido nombres comunes derivados del aceite o grasa natural donde se encuentran como ésteres.

Actividad 18 Nombra los siguientes alcoholes empleando reglas IUPAC. a)

b) OH

OH

c)

CH3

CH

d)

OH

OH

150

Q

Química II

e)

f) CH3

g) Br

OH

H3C Br

OH

Cl

OH

Escribe la estructura de los siguientes compuestos: a) 4,4-dimetil-2-hexanol b) 1,6-dibromo-5-ter-butil-3-heptanol c) 1,2,2,8-tetracloro-4-etil-4-nonanol d) 2-ter-butil-5,6,-dimetil-6-yodo-4-octanol e) 2,8,10-tribromo-3-sec-butil-5-decanol

Actividad 19 En la siguiente tabla indica la fórmula completa del compuesto, sus propiedades físicas y sus principales usos. Sustancia Metanol

Etanol

Glicerina

Etilenglicol

Fenol

Fórmula

Propiedades físicas

Usos

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

151

Aldehídos Para nombrar a los aldehídos se cambia la terminación -o de los alcanos por -al. De esta manera se denota la presencia de un aldehído. El grupo carbonilo de los aldehídos siempre está al final de la cadena, lo que lo hace química y físicamente diferente a las cetonas, por eso se considera como un grupo funcional aparte. El hidrógeno contiguo al oxígeno es fácilmente oxidable. Ésta es una de las principales diferencias entre las dos familias de compuestos. Como este grupo funcional siempre se halla al final de la cadena, no se usan números localizadores.

O Pentanal, NO 1-pentanal Si por alguna razón se usa el prefijo oxo- se debe usar el número localizador; este prefijo puede estar en cualquier lugar de la cadena, pues se usa también con las cetonas.

Cetonas Se pueden nombrar de dos formas: 1. Anteponiendo a la palabra cetona el nombre de los dos radicales unidos al grupo carbonilo. O CH3–C–CH2–CH2–CH3 Metil propil cetona 2. O, más habitualmente, como derivado del hidrocarburo por sustitución de un CH2 por un CO, con la terminación -ona y su correspondiente número localizador; siempre el menor posible y prioritario ante dobles o triples enlaces. CH3–CH2–CO–CH2–CH3 3-pentanona 3. Cuando la función cetona no es la principal, el grupo carbonilo se nombra como oxo. CH3–CO–CH2–CH2 –COOH Ácido 4-oxopentanoico

152

Q

Química II

Actividad 20 Escribe la fórmula de los siguientes compuestos: a) Propanona b) Etil metil cetona c) 2-pentanona d) 3-buten-2-ona e) Ciclohexanona

Éteres Los éteres se consideran derivados del agua, donde los dos hidrógenos han sido sustituidos por radicales alquilo. Grupo funcional: –O–(OXA) Fórmula general: R–O–R⬘, donde R y R⬘ son radicales alquilo o arilo que pueden ser iguales o diferentes.

Nomenclatura de éteres Cuando el grupo oxa del éter está unido a dos radicales alquilo o arilo, sin ningún otro grupo funcional, se acostumbra nombrar los radicales y al final la palabra éter. Si los radicales son iguales, se dice que el éter es simétrico o simple o asimétrico o mixto. Esta nomenclatura es de tipo común, pero por acuerdo se posicionan los radicales en orden alfabético. Ejemplos de éteres simétricos: Diterbutil éter CH3

CH3

CH3–C–O–C–CH3 CH3

Di-n-propil éter CH3–CH2–CH2–O–CH2–CH2–CH3

CH3

Dietil éter

Diisopropil éter

CH2–CH2–O–CH2–CH3

CH3–CH–O–CH–CH3 CH3

CH3

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

153

Ejemplos de éteres asimétricos: CH3–CH–CH2–O–CH3

CH3–CH2–CH2–CH2–O–CH2–CH2–CH3

CH3 Isobutil-metil éter

n-Butil-n-propil éter

CH3–CH2–O–CH–CH2–CH3

–O–CH2–CH–CH3

CH3 Sex-butiletil éter

CH3 Feniisobutil éter

Ésteres Los ésteres derivan de condensar ácidos con alcoholes y se nombran como sales del ácido del que provienen. La nomenclatura IUPAC cambia la terminación -oico del ácido por -oato, terminando con el nombre del grupo alquilo unido al oxígeno.

Los ésteres son grupos prioritarios frente a aminas, alcoholes, cetonas, aldehídos, nitrilos, amidas y haluros de alcanoílo. Estos grupos se nombran como sustituyentes, siendo el éster el grupo funcional.

Los ácidos carboxílicos y anhídridos tienen prioridad sobre los ésteres, que se nombran como sustituyentes alcoxicarbonil.

154

Q

Química II

Cuando el grupo éster va unido a un ciclo, se nombra el ciclo como cadena principal y se emplea la terminación -carboxilato de alquilo para nombrar el éster.

O

OCH3

OCH2CH3

O

C

C

6 5

1

2 3

4

CH3

4-Bromo-3-metilciclohexanocarboxilato de etilo

Bencenocarboxilato de metilo

Actividad 21 Nombra los siguientes ésteres: a)

b)

c)

O H3C

O OCH3

H3CO

d)

O H

OCH2CH3

OCH3

e)

f)

O

H3CO

OCH3

O OH

O O

g)

h)

i) O

O

Br OH

OCH2CH3

O

OCH3

O HC O

Aminas Las aminas proceden de sustituir hidrógenos del amoniaco por grupos alquilo o arilo. Se pueden clasificar en aminas primarias, si parte del nitrógeno una cadena carbonada; secundarias, si parten dos cadenas, y terciarias, si parten tres.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

155

R⬘ R–NH2

R–NH–R⬘

R–N

Amina primaria

Amina secundaria

R⬘ Amina terciaria

Nomenclatura de aminas Las aminas se nombran como derivados de los alcanos y sustituyendo la terminación -o por -amina. La posición del grupo funcional se indica mediante un localizador que precede a la terminación amina. CH3–NH2

CH3–CH2–NH2

Metilamina

Etilamina

Nomenclatura de aminas secundarias Las aminas secundarias o terciarias se nombran tomando el sustituyente más grande como cadena principal; todos los demás grupos se nombran utilizando la letra N-, seguida por el nombre del sustituyente. NH2 CH3–CH–CH3 Isopropilamina

CH3–CH2–NH–CH2–CH3 Dietilamina NH2

CH3

CH3–CH–CH2–CH–CH3 2-amino-4-metilpentano

CH3–

–NH–CH3

Metil-para-toluilamina H2N–CH2–CH2–CH2–NH2 1,3-diaminopropano

Aminas como sustituyentes Cuando en la molécula existe un grupo funcional prioritario a la amina, ésta se convierte en un sustituyente que se nombra con el prefijo amino-. Son grupos prioritarios al amino: ácidos carboxílicos, ésteres, amidas, nitrilos, aldehídos y cetonas, y alcoholes. Se nombran como sustituyentes de la cadena carbonada con su correspondiente número localizador y el prefijo amino.

156

Q

Química II

O CH3–CH–C NH2

OH

Ácido 2-aminopropanoico Cuando varios N forman parte de la cadena principal, se nombran con el vocablo aza. CH3–NH–CH2–NH–CH2–NH2–CH3 2,4,6-triazaheptano Los N que no formen parte de la cadena principal se nombran como amino-, aminometil-, metilamino-, etcétera. NH3–CH2–CH–CH–CH2–CH–CH2–NH2 NH2 CH2

NH

NH2 CH3 2-amino-3-aminometil-5-metilamino-1,6-hexanodiamina

Actividad 22 Resuelve los siguientes ejercicios: CH3–NH2

Metilamina

CH3

Trimetilamina

CH3–N–CH3 CH3–NH–CH2–CH3 CH2–CH2–CH3

N-metiletilamina N-etil-N-metilpropilamina

CH3–N–CH2–CH3

NH2

Fenilamina (anilina)

O Ácido 2-aminopropanoico

CH3–CH–C NH2

O

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

157

Importancia ecológica y económica de los compuestos de carbono La química orgánica abarca la composición de todos los organismos vivos, así como de una gran cantidad de materiales sintéticos utilizados diariamente, como los medicamentos, los combustibles, los plásticos, etcétera. Constantemente se crean y descubren sintéticos provechosos derivados de compuestos orgánicos necesarios para el desarrollo de la vida moderna; en la alimentación, la industria farmacéutica y muchos otros. En la alimentación se utilizan compuestos orgánicos como vitaminas y proteínas. En la industria farmacéutica se utilizan los compuestos orgánicos que se extraen de las plantas que tienen propiedades curativas, como la sábila, el nopal, la manzanilla. También se usan compuestos orgánicos en la producción de gasolina, diesel, plásticos, llantas, entre otros. En el escenario social, éstos mejoran la calidad de vida: ofrecen más comodidades al hombre en la vestimenta, en la vivienda y en los medicamentos. Gracias a las industrias se generan importantes fuentes de empleo que activan la economía global. Sin embargo, una gran cantidad de productos sintéticos no son biodegradables y persisten en el ambiente como agentes contaminantes del ambiente, agua y suelo. En el mundo existen compuestos orgánicos e inorgánicos. Los últimos están formados por moléculas relativamente sencillas y, aunque se pueden transformar las unas en las otras, sus elementos constituyentes no desaparecen. En cambio, las moléculas orgánicas, una vez liberadas en el medio ambiente, son oxidadas a CO2 y agua. Sólo en los casos de moléculas depositadas en ambientes carentes de oxígeno se preserva una parte importante de éstos, por ejemplo, en la formación de petróleo o carbón. A pesar de lo anterior, en los años cuarenta se comenzó a utilizar una serie de compuestos de alta estabilidad que no se degradaban y que, una vez introducidos en el medio ambiente, daban lugar a los contaminantes orgánicos persistentes. Estos compuestos deben gran parte de su estabilidad química al hecho de que tienen átomos de cloro como sustituyentes, los cuales tienen un gran volumen y blindan la molécula contra un ataque oxidante. La mayoría de estos compuestos fueron sintetizados para ser utilizados como plaguicidas. Como en el caso de los insecticidas DDT, lindano (g-hexaclorociclohexano, g-HCH), aldrín, toxafenos, clordano, mirex, dieldrina y endrina. El hexaclorobenceno fue utilizado como fungicida y todavía se produce como subproducto en la fabricación de muchos disolventes orgánicos clorados. En cambio, los policlorobifenilos (PCB) se fabricaron para ser utilizados como dieléctricos en transformadores, retardantes de llama, aceites de alta estabilidad térmica, etcétera. Asimismo, algunos de estos compuestos se sintetizaron como productos puros, pero a menudo la producción y utilización se hizo en forma de mezclas, como es el caso de los PCB, los hexaclorociclohexanos y los toxafenos. Así, el número de compuestos introducidos en el medio ambiente fue superior. En otros casos, estos compuestos han dado lugar a transformaciones en otros productos, por ejemplo

158

Q

Química II

DDT en DDE, lo que también aumentó el número total de contaminantes orgánicos persistentes en los ecosistemas. Los compuestos como las dioxinas y los dibezofuranos no se fabrican expresamente; se generan a partir de otros procesos, como la combustión de materiales orgánicos que tienen átomos de cloro (cualquier mezcla de materiales los tiene en pequeñas cantidades) o en procesos industriales como ciertos tipos de blanqueos de pasta de papel. Otro grupo es el constituido por los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP); no tienen átomos de cloro, sino que están formados por anillos aromáticos (bencénicos) fusionados. En la industria farmacéutica se utilizan los compuestos orgánicos que se extraen de las plantas y que tienen propiedades curativas, como la sábila, el nopal, la manzanilla, etcétera. También se usan compuestos orgánicos en la producción de gasolina, diesel, plásticos y llantas, entre otros. El compuesto orgánico más utilizado en la industria es el petróleo, que está formado por los restos de animales y vegetales que quedaron atrapados en las capas del subsuelo. A partir de este compuesto se pueden obtener aceites lubricantes, gasolinas, grasas para maquinaria, parafina y asfalto, utilizado en calles y carreteras, entre otros. Los compuestos orgánicos volátiles pueden influir en la degradación de la capa de ozono como es el caso del 1,1,1-tricloroetano y el tetracloruro de carbono. Los protocolos de Kyoto y de Montreal incitan a disminuir las emisiones de estos compuestos a la atmósfera, para evitar su efecto sobre el ozono estratosférico, por medio de ciertas acciones concretas que todos podemos llevar a cabo. Los precursores del ozono troposférico se producen como consecuencia de su reacción con los óxidos de nitrógeno presentes en la atmósfera y la luz solar. Se generan una serie de reacciones químicas que provocan formación de ozono a nivel del suelo, las cuales son mucho más intensas en presencia de más luz solar de la que necesitan para producirse. A este fenómeno se le conoce como “esmog fotoquímico” y genera una atmósfera rica en ozono y de un color marrón-rojizo. El ozono es perjudicial para los seres humanos y las plantas; provoca graves daños respiratorios. Además, en diversos puntos geográficos existen redes de alerta para prevenir a la población de la contaminación por ozono. Por ejemplo, en el caso de la ciudad de Alcoy, en España, los niveles se mantienen muy vigilados, dado que la industria textil de la zona tradicionalmente ha utilizado tintes y disolventes ricos en estos compuestos, generando emisiones difusas a la atmósfera.

¿Cuánto aprendí? Con base en la siguiente lectura titulada: “Moléculas orgánicas y vida cotidiana”, resuelve el cuestionario que se presenta al final de la lectura.

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

159

Móleculas orgánicas y vida cotidiana METANOL: más barato que el etanol y tóxico (una pequeña cantidad puede causar ceguera o incluso la muerte). No puede ser utilizado en bebidas alcohólicas, es muy buen disolvente de barnices y excelente combustible para autos de carrera. ISOPROPANOL: es soluble en agua y muy buen solvente para uso industrial. Se utiliza en cosméticos, perfumes y lociones. Tiene capacidad astringente (contrae los poros de la piel evitando la secreción de grasa). ETILENGLICOL: se utiliza como anticongelante en el circuito de refrigeración de los automóviles, pues provoca un descenso del punto de congelación del agua. DE BALLENAS Y COSMÉTICOS: a principios de siglo, la fuente principal de hexadecanol era la grasa extraída de los cachalotes, una clase de ballenas. El nombre de cetílico dado a este alcohol hace referencia a su obtención a partir de tales cetáceos. Otras especies de ballenas se cazaban para extraer aceites combustibles, pero el cachalote sólo se capturaba para la industria cosmética. En la actualidad, el alcohol cetílico se obtiene a partir del petróleo. AROMAS Y SABORES DE LOS ALIMENTOS: además del aspecto nutritivo, las comidas nos atraen por su aroma y sabor, pero ¿sabían que el sabor y el olor de los alimentos dependen en muchos casos de la estructura química de las sustancias que los constituyen? En general, los aromas y los sabores están relacionados con los grupos funcionales de las moléculas orgánicas. Por ejemplo: El olor de las frambuesas recién recolectadas se debe a una cetona llamada ionona, presente también en el aceite que se extrae de las violetas. El sabor ácido de todos los cítricos se debe a que éstos contienen, precisamente, ácido cítrico. El olor de las almendras es producido por un aldehído, el heptanal. Aunque se hayan podido identificar algunos de estos compuestos, la mayoría de los aromas y sabores naturales son el resultado de una mezcla de varias sustancias (dicha mezcla recibe el nombre de esencia). Se han realizado estudios exhaustivos de dichas mezclas y se pudo determinar que la composición es variable según la madurez de la fruta, la época del año en que se cosecha, la variedad de la planta, los nutrientes del suelo y las condiciones climáticas.

Actividad 1. Escribe las estructuras químicas de las sustancias mencionadas. 2. Identifica los grupos funcionales o funciones orgánicas presentes en tales moléculas (indícalos con color y anota su nombre). 3. Escribe la estructura química del ácido láctico. Identifica los grupos funcionales presentes en éste. 4. Explica cuándo y dónde se genera ácido láctico en el organismo humano. ¿Qué relación tiene con la fatiga muscular?

160

Q

Química II

5. Escribe la estructura del formaldehído. ¿Qué otro nombre tiene? Fundamenta su utilidad en anatomía. 6. ¿Qué diferencias existen entre el alcohol desnaturalizado, rectificado y absoluto? 7. ¿A qué sustancia se debe la reacción urticante que generan las plantas de ortiga al tocarlas? Escribe su estructura química y da su nombre. Identifica el grupo funcional presente. 8. Escribe la fórmula de la aspirina, identifica los grupos funcionales presentes en ésta. ¿Qué propiedades posee? 9. Escribe la formula de la vainillina. Identifica sus grupos funcionales. ¿Dónde se encuentra? 10. Escribe la estructura del ácido fénico, ¿qué otro nombre tiene? Identifica los grupos funcionales. ¿Qué propiedades tiene?

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

161

Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Nombre de la materia: QUÍMICA II Profesor: Alumno:

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Producto a evaluar: Investigación documental. Instrucciones de aplicación • Los alumnos deberán visitar la biblioteca escolar o algún sitio en Internet. • Redacta un resumen sobre funciones químicas. • Verifica que se encuentran los componentes señalados debajo y marca con una X el cumplimiento correspondiente.

Núm. 1 2 3 4 5 6 7

Rasgos del producto a evaluar El resumen contiene los datos del alumno. (1) Enfatiza la información más relevante. (2)

Registro de cumplimiento

Observaciones

En el resumen se jerarquiza la información de acuerdo con la importancia. (1) El resumen se encuentra organizado, integrada y consolidada la información. (2) Existe coherencia en el resumen presentado. (1) Presenta conclusiones. (2) Cita correctamente la fuente consultada. (1) Totales

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

162

Q

Química II

Instrumento de evaluación: Guía de observación Nombre de la materia: QUÍMICA II Profesor:

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Alumno: Desempeño a evaluar: Coevaluación Con un compañero expliquen la estructura de los alcanos. Evalúen los aprendizajes más importantes asentados en sus respectivas tablas. Anota en esta página los aprendizajes de esta sesión y las posibles dudas que pudieran darse en el momento de la coevaluación. Si es necesario, realiza las adecuaciones pertinentes, pues deberás entregar este desempeño a tu maestro(a) para ser evaluado. Núm. 1 2 3 4 5 6 7

Actitudes a evaluar del equipo Transmiten las ideas de forma clara y concreta. (2) Enfocan sus comentarios en el tema abordado. (1) Comparten experiencias centradas en el tema. (1) Dan retroalimentación oportuna. (2) Reciben retroalimentación y la aprovechan. (2) Generan un ambiente de entusiasmo por el aprendizaje. (1) La actividad se completa satisfactoriamente. (1) Totales

Compañero

Docente

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

Final

Bloque IV: Valoras la importancia de los compuestos del carbono en tu entorno y en tu vida diaria

Q

163

Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Nombre de la materia: QUÍMICA II

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Profesor: Alumno: Producto a evaluar: Nota periodística.

En equipo expondrán el resultado de la nota periodística elaborada. El docente verificará el cumplimiento de cada uno de los rasgos a evaluar. Núm. Rasgos del producto a evaluar 1 La nota periodística resalta las propiedades físicas y químicas de los alquinos. (3) 2 Los participantes argumentan sus notas. (3) 3 4

Cumple

No cumple

Observaciones

La información en la nota periodística es actual. (2) La información en la nota periodística es veraz. (2) Totales

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

BLOQUE V Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas Competencias genéricas 1. Se conoce y valora a sí mismo; aborda problemas y retos considerando los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal ante temas de interés y relevancia general; considera otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

7. Aprende por iniciativa e interés propio. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

Competencias disciplinares ■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

■

Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana.

166

Q

Química II

RETOS • •

Reconocer la importancia de las macromoléculas naturales (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) en los seres vivos. Reconocer la obtención, uso e impacto ambiental de las macromoléculas sintéticas, con una actitud responsable y cooperativa en su manejo.

Ambiente de aprendizaje La importancia de las macromoléculas naturales Todos los seres vivos estamos constituidos de agua y moléculas orgánicas complejas llamadas macromoléculas, que se caracterizan por tener una masa molecular superior a las 10 000 uma (unidades de masa atómica). Incluso, las podemos encontrar de hasta un millón de uma. Están formadas por repeticiones de átomos y constituyen un conjunto conocido como polímero (del griego polys que significa muchos y meros partes). A la unidad repetitiva se le conoce como monómero. Las macromoléculas se clasifican en naturales y sintéticas. Las primeras se encuentran en los seres vivos, mientras que las segundas son todas las moléculas sintetizadas por el hombre para su bienestar. Su importancia en el cuerpo humano es vital; gracias a ellas el organismo efectúa una gran cantidad de funciones, como correr, estudiar, platicar y caminar, que es posible realizar siempre y cuando exista energía suficiente en nuestro organismo, la cual obtenemos mediante el metabolismo de los alimentos.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

Q

167

L A CIENCIA DE LOS ALUMNOS Encuentra 16 palabras, distribuidas de forma horizontal, vertical y diagonal, relacionadas con el tema de las macromoléculas. Realiza con ellas un mapa conceptual.

Las palabras identificadas son:

M

A

D

L

Y

E

K

R

N

G

A

B

N

I

P

F

L

C

O

L

C

C

A

P

O

G

M

A

I

U

R

P

D

I

L

H

N

R

C

C

O

R

E

D

I

P

O

B

A

O

M

O

N

O

M

E

R

O

S

S

O

T

Y

S

E

P

N

H

N

I

L

E

L

X

R

T

O

I

E

D

E

I

O

W

O

I

D

D

D

I

C

N

N

V

S

D

I

R

N

C

U

A

A

U

Z

I

M

A

O

O

L

S

L

D

A

C

L

T

C

A

A

K

M

T

I

O

A

O

U

E

S

J

N

S

B

C

P

S

V

R

F

I

O

R

C

I

I

E

A

N

G

H

P

Q

D

J

Q

O

W

A

A

S

O

C

U

L

G

T

N

I

V

I

T

A

M

I

N

A

A

O

168

Q

Química II

Diseña aquí tu mapa conceptual.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

Q

169

Macromoléculas naturales El término macromolécula se refiere a moléculas con masa superior a 10 000 uma; pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas. En el estudio de las biomoléculas y en el campo de la bioquímica se encuentran algunas de gran relevancia. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos, que son moléculas muy grandes con una masa molecular que puede alcanzar millones de umas, obtenidos por las repeticiones de una o más unidades simples, llamadas “monómeros”, y unidas entre sí mediante enlaces covalentes. A las macromoléculas también se les conoce como polímeros, que se dividen en dos grandes grupos: 1. Polímeros naturales: como la celulosa, almidones, ADN y proteínas. 2. Polímeros sintéticos: fabricados por el hombre y que incluyen todos los derivados de los plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno, poliéster, nailon y teflón). El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabricó la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en los siguientes años: el poliestireno (PS), en 1911, o el poli (cloruro de vinilo) (PVC), en 1912. Como ya dijimos, los polímeros están constituidos por unidades básicas llamadas monómeros, que son compuestos de bajo peso molecular. La unidad monomérica es la unidad estructural o conjunto de átomos que se repiten a lo largo de una macromolécula. Las moléculas se combinan para formar polímeros mediante reacciones denominadas reacciones de polimerización. Cuando se parte de un solo tipo de molécula, se habla de homopolimerización. Cuando son dos o más moléculas diferentes las que se repiten en la cadena, se habla de copolimerización y copolímero. –A–A–A–A–A–A–A–A– Homopolímero lineal –A–B–A–B–A–B–A–B– Copolímero lineal –A–A–A–A–A–A–A–A– B B B Copolímero de injerto Las reacciones de polimerización se dividen en dos y son: a) Reacciones de adición b) Reacciones de condensación

170

Q

Química II

Los polímeros obtenidos por estas vías se conocen como polímeros de adición y polímeros de condensación. En los primeros, la unidad estructural de repetición tiene la misma composición que el monómero de partida. El grupo más importante de este tipo de polímeros corresponde a los formiatos, a partir de monómeros, que contienen un doble enlace carbono–carbono, como en el caso de la polimerización del policloruro de vinilo (PVC). n(CH2=CHCl)

(CH2=CHCl)n

Las propiedades de los polímeros en solución están determinadas por las características estructurales de la cadena macromolecular solvatada. La estructura depende de la naturaleza de la unidad repetitiva y, en el caso de copolímeros, de la composición y la distribución de los monómeros en la cadena. Las macromoléculas pueden ser lineales o ramificadas, y las unidades repetitivas pueden estar arregladas al azar, alternadas, en bloque o en injerto. Los factores que afectan las propiedades de los polímeros son: • • • •

El peso molecular La cristalinidad La distribución de los pesos moleculares El grado de ramificación

Podríamos seguir hablando de los polímeros, pero por el momento iremos al tema que es de relevancia en este capítulo: las macromoléculas de la vida, cuyo hallazgo da sustento fundamental a la biología molecular.

Carbohidratos Los carbohidratos se presentan en forma de azúcares, almidones y fibras. Son uno de los tres principales macronutrientes que aportan energía al cuerpo humano (los otros son la grasa y las proteínas). Se ha comprobado que al menos 55% de las calorías diarias que ingerimos provienen de los carbohidratos.

Actividad 1 En la siguiente lista escribe lo que desayunaste ayer. Identifica los carbohidratos que había en cada alimento. Alimento

Carbohidratos presentes

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

Los carbohidratos se definen como aldehídos o cetonas polihidroxilados.

Q

171

Definición y clasificación Los carbohidratos, hidratos de carbono, glúcidos o también denominados azúcares, son compuestos químicos formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Su fórmula empírica es parecida a CnH2nOn; es decir, (CH2O)n. Por ello, se les suele llamar también hidratos de carbono o carbohidratos. Este nombre es, en realidad, poco apropiado; no se trata de átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos (–OH), llamados también hidroxilos, y a radicales hidrógeno (–H). Además, siempre hay un grupo cetónico o un grupo aldehído. Los carbohidratos son compuestos orgánicos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno en una relación 1 : 2 : 1, respectivamente. Su fórmula química es (CH2O)n, donde la n es el número de veces que se repite la relación para formar una molécula de hidrato de carbono más o menos compleja. Las fórmulas lineales de los monosacáridos se escriben con la cadena carbonada en vertical. El primer carbono será el que lleve el grupo aldehído o el más próximo al grupo cetona. Un ejemplo de polihidroxialdehído es la glucosa, en concreto la D glucosa (C6H12O6). H

H

Aldehído Alcohol

C

O

H

C

O

O

C

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

H

Fórmula lineal de una polihidroxicetona: H C

O

C

O

O

C

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

H

Cetona Alcohol

H

Fructosa

H

172

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Química II

Aportan 4 kcal/g, igual que las proteínas, y son considerados macronutrientes energéticos, igual que las grasas. Los podemos encontrar en una gran cantidad y variedad de alimentos y cumplen un papel muy importante en el metabolismo. Su presencia en nuestra dieta es crucial.

Función de los carbohidratos Las funciones de los carbohidratos en los seres vivos se pueden generalizar en: a) Energéticas (glucógeno en animales y almidón en vegetales, bacterias y hongos). La glucosa es uno de los carbohidratos más sencillos, comunes y abundantes; representa a la molécula combustible que satisface las demandas energéticas de la mayoría de los organismos. b) De reserva. Los carbohidratos se almacenan en forma de almidón en los vegetales (gramíneas, leguminosas y tubérculos) y como glucógeno en los animales. Ambos polisacáridos pueden ser degradados a glucosa. c) Compuestos estructurales (como la celulosa en vegetales, bacterias y hongos, y la quitina en artrópodos). Los carbohidratos estructurales forman parte de las paredes celulares en los vegetales. Les permiten soportar cambios en la presión osmótica entre los espacios intra y extracelulares. Es una de las sustancias naturales más abundantes en el planeta. En las grandes plantas y en los árboles, la celulosa, estructura fibrosa construida de glucosa, cumple la doble función de carga y soporte. La celulosa es de origen vegetal principalmente; sin embargo, algunos invertebrados tienen celulosa en sus cubiertas protectoras. El polisacárido estructural más abundante en los animales es la quitina. Los carbohidratos o azúcares se pueden encontrar en forma de unidades pequeñas llamadas monosacáridos, que en griego significa “una unidad de azúcar”, como oligosacáridos, formados por la unión de dos a diez unidades de azúcar, o bien, como polisacáridos, que son largas cadenas formadas por cientos de monosacáridos. Monosacáridos Seguramente ayer consumiste alguna fruta, dulce o miel; de cierta manera consumiste monosacáridos, que aportan parte de la energía que necesitas cada día para realizar tus actividades. O C1–H

O C1–H

H–C2–OH

H–C2–OH

OH–C3–H H–C4–OH H–C5–OH C6 H2OH D–glucosa

OH–C3–H OH–C4–H H–C5–OH C6 H2OH D–galactosa

CH2–OH C2–O OH–C3–H H–C4–OH H–C5–OH C6 H2OH D–fructosa

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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Los monosacáridos están formados por una cadena de tres a siete átomos de carbono. De acuerdo con el número de átomos de carbono se les llama triosas (tres carbonos), tetrosas (cuatro carbonos), pentosas (cinco átomos de carbono), y así sucesivamente. La glucosa, fructosa y galactosa están constituidas por seis átomos de carbono. Como se muestra en los esquemas anteriores. Las tres moléculas contienen el mismo número de átomos de carbono. La diferencia radica en que la glucosa y la galactosa contienen, como grupo funcional, al aldehído, y la fructosa, que es el azúcar de las frutas, un grupo cetona. La presencia del grupo funcional aldosa o cetosa permite otra forma de clasificación de los monosacáridos.

Actividad 2 Investiga qué función tienen los siguientes monosacáridos y en dónde los encontramos. Monosacárido

Función

Fuente de donde proviene

Ribosa

Desoxirribosa

Fructosa

Glucosa

Galactosa

Oligosacáridos Son un tipo concreto de enlace acetálico, son polímeros de hasta diez unidades de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos. Los más abundantes son los disacáridos, que son oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glucosídicos. CH2OH H HO CH2OH

CH2OH O

OH HO

CH2OH O

H OH

H

H H H 1 ␣ + 4 H OH OH HO OH

H

CH2OH O H

H ␣

H

OH

HO

OH

OH OH OH

H OH

H

H

OH

O

H

H O

H OH

H

H

OH

Enlace O–Glucosídico

O O

CH2OH O

Molécula de maltosa

H + H2O OH

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Química II

Actividad 3 Investiga la función de los siguientes disacáridos e indica el tipo de alimento en que los encontramos. Disacárido

Función

Fuente

Lactosa

Maltosa

Sacarosa

Celobiosa

Polisacáridos Son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos, están ampliamente distribuidos en la naturaleza. Algunos funcionan como reservas energéticas, tanto en plantas como en animales, mientras que otros cumplen funciones estructurales dando forma y firmeza a ciertos organismos. Los polisacáridos pueden ser: a) Homopolisacáridos: formados por monosacáridos de un solo tipo. Unidos por enlace F tenemos el almidón y el glucógeno. Unidos por enlace G tenemos la celulosa y la quitina. b) Heteropolisacárido: el polímero lo forman más de un tipo de monosacáridos. Unidos por enlace F tenemos la pectina, la goma arábiga y el agar-agar. Uno de los polisacáridos más importantes es la celulosa, que es un homopolímero de la D-glucosa sumamente insoluble. Sus enlaces glucosídicos del acetal son G, lo que pone a todos los sustituyentes en posición ecuatorial y da como resultado un polímero muy estable. Forma parte de la madera y del algodón. La acetilación parcial de la celulosa produce el acetato de rayón, utilizado como fibra sintética.

Actividad 4 Investiga cómo funciona el glucógeno en tu organismo. CH2OH

CH2OH O

…

Molécula de celulosa

CH2OH O

O

CH2OH O

O

O OH

O

OH

OH

O OH

OH

O

HO

OH

OH

…

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

El almidón polisacárido de reserva se encuentra en las plantas. Está estructurado por la unión de cientos de unidades de glucosa en espirales compactas.

CH2OH

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CH2OH

El enlace presente es alfa-glucosídico. CH2OH

CH2OH

Almidón Es una mezcla de dos polímeros: la amilopectina (80%), insoluble en agua, y la amilosa (20%), soluble en agua. En ambos casos, también es un homopolímero de la D-glucosa. Los enlaces glucosídicos son F-1,4⬘, en su mayoría, y F-1,6⬘ en menor proporción.

Actividad 5 Realiza una breve investigación sobre la utilización de la quitina en los artrópodos y en la pared celular de los hongos. Comparte tus respuestas con el resto del grupo.

Lípidos Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas, básicamente, por carbono e hidrógeno y, por lo general, en menor proporción, también oxígeno. En ocasiones pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre. Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que tienen en común dos características:

Las focas almacenan grasa debajo de su piel para aislarse del frío.

• Son insolubles en agua. • Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etcétera.

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Química II

Clasificación de los lípidos Si nos basamos en su composición química se clasifican en: Lípidos se pueden clasificar Lípidos saponificables Ácidos grasos y sus derivados Lípidos neutros

como

como

Lípidos anfipáticos

Terpenos

Esteroides

Eicosenoides como

como Acilglicéridos

Lípidos insaponificables

Ceras

como

Prostaglandinas

Esfingolípidos Glicerolípidos

De éstos estudiaremos los más importantes desde el punto de vista nutricional: ácidos grasos, triacilglicéridos o grasas, fosfoglicéridos y esteroides. Ácidos grasos Los ácidos grasos son componentes característicos en muchos lípidos. Rara vez se encuentran libres en las células. Son moléculas formadas por una cadena hidrocarbonada de tipo lineal y con un número par de átomos de carbono. En un extremo de la cadena tienen un grupo carboxilo (–COOH). Los ácidos grasos se pueden clasificar en dos grupos: • Los ácidos grasos saturados que sólo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Por ejemplo, el palmítico (16 átomos de C) y el esteárico (18 átomos de C) que suelen ser sólidos a temperatura ambiente. Estructura de un ácido graso saturado H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H H– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C– C–C H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H–H

O OH

Ácido palmítico CH3–(CH2)14–COOH • Los ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles. Por ejemplo el oleico (18 átomos de C y un doble enlace) y el linoleico (18 átomos de C y dos dobles enlaces), que suelen ser líquidos a temperatura ambiente.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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Estructura de un ácido graso insaturado H H H H H H H

H H H H H H H

H– C– C– C– C– C– C– C=C– C– C– C– C– C– C– C–C H H H H H H

H H H H H H H H

O OH

Ácido palmitoleico CH3–(CH2)4–CH=CH–(CH2)3–COOH Los lípidos también pueden clasificarse según su consistencia a temperatura ambiente: • Aceite. Cuando la grasa es líquida, como el aceite de oliva. • Grasa. Cuando la grasa es sólida, como la manteca de cerdo. Dentro del grupo de las grasas, las margarinas surgen de un proceso muy distinto; se fabrican mediante la mezcla de un aceite, como el de maíz o de girasol, con agua. El producto final es una grasa sólida que, a pesar de estar elaborada con aceite vegetal, actúa como una grasa animal porque la adición de agua cambia su estructura química y se comporta como una grasa animal, por lo que aumentan los niveles de colesterol. Nombre

Glicerol

Número de carbonos

Ácido palmítico

16, saturado

Ácido esteárico

18, saturado

Ácido oleico

18, insaturado

Ácido linoleico

18, insaturado

Ácido linolénico

18, insaturado

Ácido araquidónico

20, insaturado

Los tres últimos, que constituyen la vitamina F, no son sintetizables por el hombre, por lo que se deben incluir en la dieta. Triacilglicéridos o grasas Una de las reacciones características de los ácidos grasos es la reacción de esterificación mediante la cual un ácido graso se une a un alcohol en un enlace covalente, formando un éster y liberando Ácido graso libre una molécula de agua, como se ilustra en la figura anexa. En los alimentos que consumimos generalmente nos encontramos con una combinación de ácidos grasos saturados e Triglicérido insaturados. Los primeros son más difíciles de utilizar por el organismo, ya que sus posibilidades de combinarse con otras moléculas están limitadas; todos sus posibles puntos de enlace están ocupados o “saturados”. Esta dificultad para combinarse con otros compuestos hace que sea difícil romper sus moléculas en otras más pequeñas que atraviesen las paredes

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Química II

de los capilares sanguíneos y las membranas celulares. Por eso, en determinadas condiciones, pueden acumularse y formar placas en el interior de las arterias (arteriosclerosis). Dependiendo del tipo de ácido graso mayoritario, las grasas pueden ser de tres tipos: • Monoinsaturadas Con presencia mayoritaria de ácidos grasos monoinsaturados, abundante en aceite de oliva y frutos secos. • Poliinsaturadas con presencia mayoritaria de ácidos grasos poliinsaturados, como en el aceite de girasol y los pescados azules. • Saturadas Con presencia mayoritaria de ácidos grasos saturados, como las grasas animales y el aceite de palma. Fosfoglicéridos o fosfolípidos Los fosfolípidos incluyen fósforo en sus moléculas; forman las membranas de nuestras células y actúan como detergentes biológicos. P CH2 CH2

CH2

CH2 CH2

CH3

CH3

U

CH2

Esteroides Estos compuestos son derivados del anillo del ciclopentanoperhidrofenantreno. En este grupo destaca el colesterol, que es el compuesto causante de la arteriosclerosis. Su fórmula, que se muestra en la figura, consta del ciclopentanoperhidrofenantreno con un grupo –OH en el carbono 3 y una cadena hidrocarbonada en el carbono 17.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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En este grupo se encuentran también las hormonas sexuales, las suprarrenales y la vitamina D. El colesterol se encuentra exclusivamente en los tejidos animales y es necesario para formar las membranas celulares y fabricar compuestos imprescindibles como las hormonas, la bilis y la vitamina D.

Alimentos que producen colesterol La siguiente tabla muestra alimentos ricos en colesterol. Observa que todos son de origen animal.

Huevo

Mantequilla

Hígado

Quesos curados

Riñones

Carnes grasas como la de cerdo, cordero y res

Pescado azul

Nata

Las células de todo el cuerpo utilizan el colesterol para producir una serie de hormonas importantes e imprescindibles para el crecimiento y la reproducción. El colesterol es un componente vital para la formación de nuevas paredes celulares en diferentes partes del cuerpo. Además, es un ingrediente esencial de la bilis producida en el hígado, que más adelante pasa al intestino para ayudar a digerir las grasas. Casi todo el colesterol que llega a la corriente sanguínea es producido por el hígado, debido a la metabolización de una gran variedad de alimentos, especialmente de grasas saturadas. Sin embargo, ya que la necesidad diaria de colesterol para satisfacer la función celular se abastece sobradamente gracias a la misma función del hígado, el organismo no precisa ningún aporte suplementario de colesterol. Una vez en la corriente sanguínea, el colesterol pasa por todo el organismo para que las células puedan satisfacer directamente todas sus necesidades. El exceso de colesterol sigue circulando por la sangre y puede llegar a alcanzar niveles elevados. Resulta obvio que las personas que poseen un alto nivel de colesterol corren mayor riesgo de sufrir un infarto al miocardio, una angina de pecho o trastornos circulatorios. El exceso de colesterol se adhiere a las paredes de las arterias en forma de depósitos de grasa y obstruye el flujo de la sangre a órganos como el corazón o el cerebro. Para mucha gente resultaría fácil reducir los niveles de colesterol modificando su dieta. Sin embargo, no es sólo una cuestión de comer en menor cantidad alimentos ricos en colesterol, ya que esto produciría un mínimo efecto sobre el nivel ya existente: se debe comer una menor cantidad de grasas, especialmente saturadas, ya que éstas son las que el hígado transforma en colesterol. El hígado produce casi todo el colesterol necesario mediante la metabolización de las grasas digeridas. Para evitar el aumento del colesterol en la sangre, se deben evitar tanto los alimentos ricos en colesterol como en grasas saturadas.

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Química II

El colesterol producido por el hígado se une con el que circula por la corriente sanguínea. Una gran parte de éste procede directamente de ciertos alimentos. Otros factores que influyen en el nivel del colesterol en la sangre son el consumo de tabaco y alcohol, así como el desarrollo de poca o nula actividad deportiva. El colesterol debe existir en el organismo, pero en determinadas cantidades. Cuando existe en exceso, puede generar problemas, principalmente cardiovasculares. El colesterol nunca viaja libre en la sangre y para llegar a todas las células del organismo tiene que unirse a una molécula proteica para formar una lipoproteína. Algunas se denominan lipoproteínas de alta densidad (HDL, por sus siglas en inglés) porque tienen más proteína que lípido; contienen poco colesterol y lo transportan de las arterias al hígado para su eliminación. El colesterol bueno, de más de 55 mg de HDL por cada 100 mL de sangre, nos protege contra las enfermedades cardiacas. Por tanto los HDL ejercen un papel protector en el organismo y conviene tenerlos en niveles altos. Otras se llaman lipoproteínas de baja densidad (LDL, por sus siglas en inglés) porque tienen más lípido que proteína. Las LDL, cuando se encuentran en exceso, depositan el colesterol en las paredes de las arterias. Es el llamado colesterol malo y conviene mantenerlo en niveles bajos. Cuando los niveles sanguíneos de colesterol LDL son altos (por encima de 180 mg por cada 100 mL de sangre), se forma en las paredes de las arterias una placa de arteriosclerosis. El término aterosclerosis se emplea para describir el “endurecimiento de las arterias”.

Actividad 6 Realiza una breve investigación en torno a cómo descompone el cuerpo las grasas ingeridas.

Función de los lípidos Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones: • Función de reserva Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9.4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que las proteínas y los glúcidos sólo producen 4.1 kcal/g. • Función estructural Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y les dan consistencia. Protegen mecánicamente, como el tejido adiposo de pies y manos. • Función biocatalizadora Los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. • Función transportadora El transporte de lípidos, desde el intestino hasta su lugar final, se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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y a los proteolípidos, que son asociaciones de proteínas específicas con triacilglicéridos, como el colesterol, los fosfolípidos, etc., y que permiten su transporte por sangre y linfa.

Composición química de las proteínas Las proteínas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Muchas de ellas contienen azufre y fósforo. La unidad básica de las proteínas son los aminoácidos, que se unen mediante los enlaces peptídicos. Las proteínas constituyen aproximadamente 50% del peso seco de los tejidos e intervienen en todos los procesos biológicos del organismo. Funciones de las proteínas: • Son catalizadores orgánicos (enzimas) de casi todas las reacciones de los sistemas biológicos. • Como hormonas, transmiten información entre las células. • Participan en el transporte y almacenamiento de otras moléculas pequeñas, por ejemplo el transporte de oxígeno por la hemoglobina. • En el caso de los anticuerpos proporcionan defensa contra infecciones. • Sirven como componentes estructurales en las células y tejidos. • Son la molécula básica en los mecanismos de movimiento, como en las proteínas contráctiles. • Son el último recurso para la obtención de energía cuando el organismo carece de otras reservas, como lípidos y carbohidratos.

Clasificación de las proteínas Aunque se emplea una clasificación basada en las funciones de las proteínas, con frecuencia se recurre a otros criterios, como su composición y complejidad, que permiten dividirlas en dos grandes grupos:

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Química II

Holoproteínas o proteínas simples Están formadas únicamente por cadenas polipeptídicas. En su hidrólisis (descomposición en subunidades) sólo se obtienen aminoácidos. Dicho de otra forma: están formadas exclusivamente por aminoácidos. Heteroproteínas, proteínas complejas o conjugadas Además de las cadenas polipeptídicas, están compuestas por una parte no proteica que se denomina “grupo prostético”. Según su estructura tridimensional, las holoproteínas se subdividen en proteínas globulares, redondeadas, con un alto grado de plegamiento y normalmente solubles, y fibrilares, lineales, con una estructura terciaria menos compleja e insolubles. Algunas proteínas con estructura globular pueden volverse fibrilares y hacerse insolubles. Este es el caso de la transformación de fibrinógeno en fibrina durante el proceso de la coagulación sanguínea. Los filamentos de fibrina crean una red en la que los glóbulos rojos quedan atrapados y forman el coágulo. Entre las proteínas globulares destacan las siguientes: • Albúminas Constituyen un grupo de proteínas grandes, que desempeñan funciones de transporte de otras moléculas o de reserva de aminoácidos. A su vez, se pueden diferenciar en lactoalbúminas, ovoalbúminas y seroalbúminas, según se localicen en la leche, en la clara de huevo o en el plasma sanguíneo. Son las proteínas más grandes; pueden llegar a alcanzar masas moleculares de 1 000 000. Como su nombre lo indica, su forma globular es perfecta. En este grupo se incluyen algunas heteroproteínas, como la hemoglobina. • Histonas Poseen una masa molecular baja y contienen una gran proporción de aminoácidos básicos. Asociadas al ADN, forman parte de la cromatina y desempeñan un papel muy importante en los procesos de regulación génica. Las proteínas fibrilares realizan por lo general funciones estructurales. En este grupo se incluyen algunas proteínas muy conocidas: • Queratina Presente en las células de la epidermis de la piel y en estructuras cutáneas como pelo, plumas, uñas y escamas, es una proteína rica en el aminoácido cisteína. • Colágeno Su resistencia al estiramiento justifica su presencia en los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo. Posee una estructura secundaria caracterizada por tres cadenas trenzadas. • Miosina Participa activamente en la contracción de los músculos. • Elastina Como su nombre lo indica, posee una gran elasticidad que le permite recuperar su forma tras la aplicación de una fuerza. Debido a esta propiedad, la elastina se encuentra en órganos sometidos a deformaciones reversibles, como los pulmones, las arterias o la dermis de la piel. Heteroproteínas Según la naturaleza del grupo prostético, las heteroproteínas se clasifican en fosfoproteínas, glucoproteínas, lipoproteínas, cromoproteínas y nucleoproteínas.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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• Fosfoproteínas Su grupo prostético es el ácido ortofosfórico. Como la vitelina, presente en la yema de huevo, y la caseína, abundante en la leche y el queso. • Glucoproteínas Su grupo prostético está formado por un glúcido. Se encuentran en las membranas celulares, donde desempeñan una función antigénica. Las gammaglobulinas con función de anticuerpos son, también, glucoproteínas. En este grupo se incluye el mucus protector del aparato respiratorio y digestivo, algunas hormonas y el líquido sinovial presente en las articulaciones. • Lipoproteínas Su grupo prostético es un lípido. Aparecen en las paredes bacterianas y en el plasma sanguíneo, donde sirven como transportadores de grasas y colesterol. • Cromoproteínas Tienen como grupo prostético una molécula compleja que posee dobles enlaces conjugados, lo que les confiere color. La hemoglobina, la porfirina, la hemocianina y el citocromos pertenecen a este grupo. • Nucleoproteínas Su grupo prostético está formado por ácidos nucleicos. Las nucleoproteínas constituyen la cromatina y los cromosomas. En el metabolismo, el producto final de las proteínas es el amoniaco, que se transforma en urea en el hígado y se excreta a través de la orina. Las proteínas son polímeros constituidos por monómeros denominados aminoácidos proteicos o naturales, que son 20. Cada uno posee un grupo amino –NH2 y un grupo carboxilo –COOH unidos al mismo átomo de carbono alfa, se diferencian entre sí por el tamaño de sus cadenas laterales.

Aminoácidos esenciales y no esenciales Las proteínas se componen de cientos o miles de aminoácidos que, a su vez, se dividen en aminoácidos esenciales y no esenciales; los primeros son aquellos que no son elaborados por nuestro organismo y que deben incorporarse en la dieta, mientras que los segundos pueden ser sintetizados por el organismo.


Estructura de los aminoácidos

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Química II

Alanina

Valina

Leucina

Isoleucina

Glicina

Metionina

Fenilalanina

Treonina

Cisteína

Ácido aspártico

Prolina

Serina

Triptófano

Asparagina

Glutamina

Tirosina

Ácido glutámico Lisina

Arginina

Histidina

Clasificación de los aminoácidos

Los aminoácidos esenciales son: fenilalanina, isoleucina, leucina, metionina, lisina, treonina, valina y triptófano. Además, durante la infancia y la adolescencia: la arginina y la histidina. Los aminoácidos no esenciales son: alanina, prolina, cisteína, glicina, hidroxiprolina, cistina, serina, tirosina, ácido aspártico y glutámico. La calidad nutricional de una proteína depende de su contenido en aminoácidos esenciales, el cual se mide mediante un índice denominado valor biológico. Las proteínas de origen animal tienen un valor biológico más alto que las de origen vegetal. De los 20 aminoácidos, ocho resultan indispensables, o esenciales, para la vida humana y dos resultan “semiindispensables”. Estos aminoácidos son los que requieren ser incorporados al organismo con la alimentación. En la disfunción o en la enfermedad son más necesarios.

Actividad 7 En equipos de tres investiguen las enfermedades que se pueden generar por la ingesta deficiente de aminoácidos esenciales, así como los aminoácidos esenciales más problemáticos.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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Actividad 8 Enlista al menos diez alimentos que contengan proteínas. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Los péptidos y el enlace peptídico Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico, que es covalente y se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua.

Aminoácido (1)

Aminoácido (2)

Enlace peptídico

Agua Dipéptido

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Química II

Para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando y formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como: • Oligopéptidos • • • •

Si el número de aminoácidos es menor que diez. Dipéptidos Cuando el número de aminoácidos es dos. Tripéptidos Es resultado de la unión de tres aminoácidos. Tetrapéptidos Si el número de aminoácidos es cuatro. Polipéptidos o cadenas polipeptídicas Cuando el número de aminoácidos es mayor que diez.

Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal, que posee un grupo amino libre, y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (–NH–CH–CO–), es idéntico en todos ellos. Lo que varía de unos péptidos a otros y, por extensión, de unas proteínas a otras, es el número, la naturaleza y el orden o secuencia de sus aminoácidos. Si la hidrólisis de una proteína produce únicamente aminoácidos, la proteína se denomina “simple”. Si, en cambio, produce otros compuestos orgánicos o inorgánicos, denominados grupo prostético, la proteína se llama “conjugada”.

Estructura de las proteínas La organización de una proteína se define por cuatro niveles estructurales: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de éstas informa de la disposición de la proteína en el espacio.

Estructura terciaria (Péptido individual doblado) Estructura secundaria (hélice)

Estructura primaria (Secuencia de aminoácidos)

Estructura cuaternaria (agregados de dos o más péptidos

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

Estructura Primaria

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Características Es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica, así como el orden en que se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que adopte.

Secundaria

La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable. Existen dos tipos de estructura secundaria:

Terciaria

•

La F (alfa)-hélice.

•

La conformación beta.

La estructura terciaria informa la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí mismo, originando una conformación globular. Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces: el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre, los puentes de hidrógeno, los puentes eléctricos y las interacciones hidrófobas.

Cuaternaria

Informa de la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua para realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etcétera.

La estructura primaria determina cuál será la secundaria y la terciaria.

Actividad 9 Investiga los factores que afectan la naturaleza química de las proteínas, ¿cómo demostrarías esos factores? Diseña una actividad experimental breve para presentarla ante el grupo.

Requerimientos diarios de proteínas La cantidad de proteínas que se requieren cada día es un tema controversial. Depende de factores como la edad —ya que durante el crecimiento las necesidades son el doble, o incluso el triple, que para un adulto— y del estado de salud de nuestro intestino y nuestros riñones, que pueden hacer variar el grado de asimi-

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Química II

lación así como las pérdidas de nitrógeno por las heces y la orina. En general, se recomiendan unos 40 a 60 g de proteína al día para mantener la salud. La Organización Mundial de la Salud y las RDA (recommended dietary allowences: requerimientos dietéticos recomendados), publicadas en Estados Unidos por la National Academic Science, recomiendan un valor de 0.8 g por kilogramo de peso al día. Por supuesto, durante el crecimiento, el embarazo o la lactancia estas necesidades aumentan.

Enzimas Las proteínas desempeñan distintas funciones en los seres vivos. El grupo principal lo constituyen las enzimas, que son los biocatalizadores de todos los procesos químicos que tienen lugar en los seres vivos. Éstas, en su gran mayoría, son específicas para cada reacción, de ahí su gran número. Como son catalizadores, actúan disminuyendo la energía de activación, combinándose con los reactivos para producir un estado intermedio con menor energía de activación que el estado de transición de la reacción no catalizada. Una vez formados los productos de la reacción, la enzima se recupera. En todos los organismos es preciso sintetizar macromoléculas a partir de moléculas sencillas. Para establecer este enlace se necesita energía, que se consigue rompiendo los enlaces químicos internos de otras macromoléculas, sustancias de reserva o alimentos, lo que conduce a una serie de reacciones coordinadas que en conjunto se denomina metabolismo. Dado que las sustancias que intervienen en estas reacciones son, por lo general, muy estables, se requeriría una gran cantidad de energía para que reaccionaran entre sí, ya que de lo contrario la velocidad de reacción sería nula o demasiado lenta. Para acelerar la reacción en un laboratorio bastaría con aumentar la temperatura o con añadir un catalizador, es decir, una sustancia que aumente la velocidad de la reacción. En los seres vivos, un aumento drástico en la temperatura corporal puede provocar la muerte, por esto se opta por la intervención de catalizadores biológicos o biocatalizadores. Las moléculas que desempeñan esta función son las enzimas, que son proteínas globulares capaces de catalizar las reacciones metabólicas. Además, son solubles en agua y se difunden bien en los líquidos orgánicos. Pueden actuar a nivel intracelular, en el interior de la célula donde se han formado, o a nivel extracelular, en donde se segregan. Las enzimas cumplen las dos leyes comunes de todos los catalizadores: no se alteran durante la reacción y no desplazan la constante de equilibrio para que se obtenga más producto; favorecen que la misma cantidad de producto se obtenga en menos tiempo. Las enzimas, a diferencia de los catalizadores no biológicos, presentan una gran especificidad; actúan a temperatura ambiente y consiguen un aumento en la velocidad de reacción de un millón a un trillón de veces. Actúan de dos formas: fijándose por medio de enlaces fuertes (covalentes) al sustrato, de modo que éste se debilita y no se requiere tanta energía para romperlo, y atrayendo las sustancias reaccionantes hacia su superficie, de modo que aumenta la posibilidad de encuentro y la reacción se produce más fácilmente.

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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Las enzimas, una vez que han realizado la transformación del sustrato, o sustratos, en productos, se separan rápidamente de ellos para permitir el acceso a otros sustratos.

A manera de resumen Macromoléculas Tienen

Características Dependen del grupo funcional al que van unidas

Carbono como esqueleto

Carbohidratos

Lípidos

Proteínas

Ácidos nucleicos

Formadas por Polisacáridos

Formados por

Grasas y aceites

Grupo fosfato Pentosa Base nitrogenada

Aminoácidos

Monosacáridos

Fosfolípidos

Tienen

Unidos por

Disacáridos Un grupo amino

Ceras Esteroides Colesterol

Enlaces peptídicos

Un grupo carboxilo

Proteínas

Haloproteínas

Heteroproteínas

Macromoléculas sintéticas Las macromoléculas sintéticas son producto de un proceso que podríamos llamar “unión química secuencial entre molécula y molécula”, de forma que queda una cadena muy larga de hidrocarburos a cuyo proceso se le llama polimerización, que consiste en la combinación de moléculas pequeñas de hidrocarburos para obtener moléculas con mayor número de átomos de carbono. Los polímeros (del griego poly = muchos y meros = parte o segmento) se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

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Existen polímeros naturales de gran significación comercial, como: a) El algodón, formado por fibras de celulosa. b) La seda, es muy apreciada y es una poliamida semejante al nailon. c) La lana, proteína del pelo de las ovejas. d) El hule de los árboles de hevea y de los arbustos de guayule.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en la vida diaria son materiales sintéticos con diversas propiedades y aplicaciones. Los polímetros sintéticos comenzaron a producirse en 1907 con el compuesto denominado baquelita (utilizada actualmente para fabricar componentes para instalaciones eléctricas, se obtiene a partir del fenol y el formaldehído).

Polímeros de adición Los polímeros de adición son el resultado de la unión regular de monómeros iguales mediante la eliminación de átomos de hidrógeno. Son ejemplos de ellos: el PVC (policloruro de vinilo), el plástico utilizado para fabricar partes estructurales de diversos equipos, como son tuberías, muebles y empaques. El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones como empaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos. Por su mecanismo de polimerización, el PP es un polímero de reacción en cadena (“de adición” según la antigua nomenclatura de Carothers) y por su composición química, es un polímero vinílico. Su cadena principal está formada exclusivamente por átomos de carbono y en particular una poliolefina. El poliestireno (PS) es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Existen cuatro principales tipos: el PS cristal, que es transparente, rígido y quebradizo; el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco; el poliestireno expandido, muy ligero, y el poliestireno extrusionado, similar al expandido pero más denso e impermeable. Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases mediante extrusión-termofor-

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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mado, así como de diversos objetos mediante moldeo por inyección. Las formas expandida y extruida se emplean principalmente como aislantes térmicos en construcción. Las ventajas principales del poliestireno son su facilidad de uso y su costo relativamente bajo. Sus principales desventajas son su baja resistencia a altas temperaturas (se deforma a menos de 100°C, excepto en el caso del poliestireno sindiotáctico) y su resistencia mecánica modesta. El politetrafluoretileno (PTFE) es un polímero similar al polietileno comercial con los átomos de hidrógeno sustituidos por átomos de flúor. La fórmula química del monómero, tetrafluoretileno, es CF2= CF2. Con el nombre de Teflon, también llamado “teflón” en algunas regiones, la multinacional DuPont comercializa éste y otros cuatro polímeros de semejante estructura molecular y propiedades. Entre ellos están la resina PFA (perfluoroalcóxido) y el copolímero FEP (propileno etileno fluorinado), llamados Teflon-PFA y Teflon-FEP, respectivamente. Tanto el PFA como el FEP comparten las propiedades características del PTFE pero ofrecen una mayor facilidad de manipulación en su aplicación industrial.

Polímeros de condensación Los polímeros de condensación son el resultado de la polimerización entre moléculas de diferentes grupos funcionales, que al reaccionar desprenden una molécula pequeña, generalmente de agua. Algunos ejemplos de estos polímeros son el nailon, los poliuretanos y los poliésteres.

Actividad 10 1. Investiga la historia, el descubrimiento y las aplicaciones del poliestireno, del policloruro de vinilo (PVC) y del polietileno.

2. Contesta la siguiente pregunta: ¿por qué se asegura que con su descubrimiento se inició la era del plástico?

Argumenta tu respuesta, comparte tu investigación con el resto del grupo y realicen un debate sobre este tema.

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Química II

Proyecto Macrobasura La cantidad de polímeros artificiales que se fabrican es enorme; su demanda va en aumento debido a lo práctico y económico que resultan en comparación con los productos fabricados a partir de polímeros naturales. Sin embargo, la cantidad de desechos, tanto orgánicos como inorgánicos, que se generan va en aumento. A estos residuos inútiles los conocemos como basura. En equipos, realicen la siguiente actividad: • De los residuos de macromoléculas sintéticas que se generan en tu hogar realiza una clasificación, considera que puedes agrupar los materiales de acuerdo con sus propiedades. Por ejemplo: puedes clasificar los envases con base en su rigidez. • Durante una semana recupera todo el material sintético. Escurre las botellas de líquidos que aún puedan contener; si tienen restos de alimentos límpialos lo más que puedas, si son combinaciones de diferentes polímeros desármalos y sepáralos. Organiza todos los datos en una tabla, registra el peso de las diferentes macromoléculas sintéticas: bolsas, envases, telas, latas, etcétera. • Cada día registra los materiales que se van acumulando. Después de una semana, realiza gráficas de los residuos y contesta lo siguiente: ¿Cuáles son los materiales más abundantes? ¿A qué se debe que ese material sea el más utilizado en tu hogar? ¿Cuáles son los polímeros sintéticos menos utilizados? ¿Cómo puedes reutilizar los polímeros generados en tu hogar? ¿Cuáles de éstos se reciclan?

Actividad experimental 1 Identificación de macromoléculas en alimentos Objetivo Identificar en algunos alimentos de tu entorno la presencia de macromoléculas. Hipótesis Los alimentos que consumimos en nuestra dieta contienen glucosa, almidón, lípidos y proteínas (o macromoléculas).

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

Material

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Sustancias

20 tubos de ensayo

Lugol diluido

1 vaso de precipitados de 250 mL

Sudán III

1 mortero con pistilo

Reactivo de Biuret

2 pipetas graduadas

Grenetina al 1%

Pinzas para tubo de ensayo

Almidón al 1%

Mechero

Dextrosa al 1%

Gradilla

Reactivo de Benedict

Navaja

Clara de huevo Jugo de naranja Manzana Papa Plátano Aguacate Aceite de cocina Leche

Procedimiento Para la identificación de carbohidratos: 1. Tritura en el mortero las siguientes sustancias: clara de huevo, naranja y manzana. 2. Diluye cada elemento en agua dentro de un vaso de precipitados. 3. En un tubo de ensayo, agrega 1 mL de reactivo de Benedict. 4. Sostén el tubo de ensayo con una pinza y calienta el contenido en la flama del mechero ligeramente, hasta que la muestra adquiera un color rojizo. 5. Repite los pasos 1 a 4 para la identificación de glucosa. 6. Anota tus observaciones. Identificación de almidón: 1. Vierte 2 mL de almidón al 1% en un tubo de ensayo. 2. Agrega 5 gotas de lugol diluido. 3. Observa el cambio de color a azul marino. 4. Repite los pasos 1 a 3 para la identificación de almidón en: papa, plátano, jugo de naranja. 5. Anota tus observaciones. Identificación de lípidos: 1. En un tubo de ensayo añade 2 mL de aceite de cocina y 4 gotas de Sudán III. 2. Agita un poco y observa el cambio de color de la mezcla. 3. Repite los pasos 1 y 2 para una manzana y un aguacate. 4. Anota tus observaciones.

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Identificación de proteínas: 1. Vierte 3 mL de grenetina al 1% en un tubo de ensayo. 2. Añade 10 gotas de reactivo de Biuret. 3. Observa el cambio de color de la mezcla. 4. Repite los pasos 1 y 2 para identificar proteínas en la clara de huevo y la leche. 5. Anota tus observaciones. Variantes Utiliza otros alimentos que incluyas en tu dieta. Revisa tus observaciones y escribe tus resultados y conclusiones.

Actividad experimental 2 Pegamento de caseína En el laboratorio separarás una mezcla y sintetizarás un nuevo producto: el pegamento. Debes usar tus gafas de seguridad y trabajar correctamente. Introducción La leche de vaca contiene 4.4% de proteína, 3.8% de grasa y 4.9% de lactosa. El pH normal de la leche va de 6.3 a 6.6, los restos de la proteína se dispersaron uniformemente en la solución. Mientras el pH disminuye por la adición de un ácido, la proteína ya no puede permanecer en la solución y coagula. El pH requerido para este proceso es de aproximadamente 4.6. Leche homogeneizada = Grasa + Proteína + Lactosa (caseína) (azúcar) Actividad previa a la actividad experimental 1. La leche es una mezcla homogénea (una solución) y no un compuesto. Explica esta declaración. 2. La leche, ¿es un ácido o una base? 3. ¿Cuál es el propósito de agregar el vinagre (ácido acético) a la leche? 4. ¿Se podrían emplear otros ácidos (ácido clorhídrico, HCl, o nítrico, HNO3) para separar la proteína de la solución?

Bloque V: Identificas la importancia de las macromoléculas naturales y sintéticas

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Procedimiento 1. Vierte cerca de 100 mL de leche, sin materias grasas, en un recipiente de 400 mL. Agrega 15 mL de vinagre blanco (ácido acético al 5%). 2. Coloca la mezcla en una placa caliente y caliéntala. Revuelve suavemente con un termómetro. Observa la mezcla con cuidado y registra la temperatura de la solución cuando notes cierta turbiedad (sólidos que flotan en el recipiente). Detén el calentamiento si la temperatura de la solución llega a ser de más de 60°C. 3. Filtra la mezcla a través de papel filtro en un matraz Erlenmeyer. 4. Desecha el líquido filtrado que contiene el suero. Raspa las cuajadas del papel filtro nuevamente dentro del recipiente de 400 mL. 5. Agrega cerca de 1 g de NaHCO3 (bicarbonato de sodio) al recipiente y remueve. Agrega lentamente gotas de agua, revolviendo en forma intermitente hasta que obtengas la consistencia del pegamento blanco. 6. Utiliza tu pegamento para sujetar dos trozos de papel y dos tablillas de madera. Permite que las tablillas se sequen durante la noche. Comprueba la fuerza de tu pegamento. Nota: Si evalúas la fuerza del pegamento con una escala de resorte, debes estar seguro de utilizar cantidades iguales de pegamento en cada empalme. Cuestionario 1. ¿Qué sucedería si utilizaras leche entera en esta actividad? 2. ¿Por qué calentamos? ¿Qué sucedería si calentáramos a 95oC? 3. ¿Por qué agregamos bicarbonato de sodio a la caseína? 4. ¿Qué le sucedió a la lactosa y a las porciones grasas de la leche en ese experimento?

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Química II

Rúbrica para la evaluación del debate

Debate: La era del plástico Nombre del maestro(a): _____________________________________________________________ Nombre del estudiante: ______________________________________________________________ 10

8

Entendiendo el tema

Indicador

El equipo claramente entendió el tema a profundidad y presentó su información enérgica y convincentemente.

El equipo claramente entendió el tema a profundidad y presentó su información con facilidad.

El equipo parecía entender los puntos principales del tema y los presentó con facilidad.

6

El equipo no demostró un adecuado entendimiento del tema.

5

Información

Toda la información presentada en el debate fue clara, precisa y minuciosa.

La mayor parte de la información en el debate fue clara, precisa y minuciosa.

La mayor parte de la información en el debate fue presentada en forma clara y precisa, pero no fue siempre minuciosa.

La información tiene varios errores; no fue siempre clara.

Uso de hechos/estadísticas

Cada punto principal estuvo bien apoyado en varios hechos relevantes, estadísticas y ejemplos.

Cada punto principal estuvo adecuadamente apoyado en hechos relevantes, estadísticas y ejemplos.

Cada punto principal estuvo adecuadamente apoyado en hechos, estadísticas y ejemplos, pero la relevancia de algunos fue dudosa.

Ningún punto principal fue apoyado en hechos, estadísticas o ejemplos.

Rebatir

Todos los contraargumentos fueron precisos, relevantes y fuertes.

La mayoría de los contra-argumentos fueron precisos, relevantes y fuertes.

La mayoría de los contra-argumentos fueron precisos y relevantes, pero algunos fueron débiles.

Los contra-argumentos no fueron precisos y relevantes.

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Rúbrica para la evaluación del reporte

Reporte de laboratorio Nombre del maestro(a): _____________________________________________________________ Integrantes del equipo: ______________________________________________________________ Indicador

10

8

6

5

Fuentes de antecedentes

Varias fuentes de antecedentes de renombre son usados y citados correctamente. El material es traducido en las propias palabras de los estudiantes.

Unas pocas fuentes de antecedentes de renombre son usadas y citadas correctamente. El material es traducido por los estudiantes en sus propias palabras

Unas pocas fuentes de antecedentes son usadas y citadas correctamente, pero algunas fuentes no son de renombre. El material es traducido por los estudiantes en sus propias palabras.

El material es directamente copiado en lugar de ponerlo en palabras propias y/o las fuentes de antecedentes están citadas incorrectamente.

Reproducción

Los procedimientos parecen ser reproducibles. Los pasos están delineados en orden y están adecuadamente detallados.

Los procedimientos parecen ser reproducibles. Los pasos estan delineados y adecuadamente detallados.

Todos los pasos están delineados, pero no hay suficientes detalles para reproducir los procedimientos.

Varios pasos no están delineados y no hay suficientes detalles para reproducir los procedimientos.

Cálculos

Se muestra que todos los cálculos y los resultados son correctos y están etiquetados apropiadamente.

Se muestran algunos cálculos y los resultados son correctos y están etiquetados apropiadamente.

Se muestran algunos cálculos y los resultados están etiquetados apropiadamente.

No se muestra ningún cálculo.

Dibujos/ diagramas

Se incluyen diagramas claros y precisos que facilitan la comprensión del experimento. Los diagramas están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluye diagramas que están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluyen diagramas y éstos están etiquetados.

Faltan diagramas importantes o faltan etiquetas importantes.

Resumen

El resumen describe las destrezas aprendidas, la información aprendida y algunas aplicaciones futuras a situaciones de la vida real.

El resumen describe la información aprendida y una posible aplicación a situaciones de la vida real.

El resumen describe la No hay resumen información aprendida. escrito.

Dibujos/ diagramas

Se incluyen diagramas claros y precisos que facilitan la comprensión del experimento. Los diagramas están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluyen diagramas que están etiquetados de una manera ordenada y precisa.

Se incluyen diagramas y éstos están etiquetados.

Faltan diagramas importantes o faltan etiquetas importantes.

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Química II

Instrumento de evaluación: Lista de cotejo Nombre de la asignatura: QUÍMICA II

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Profesor(a): Integrantes del equipo:

Producto a evaluar: Reporte de actividad experimental “____” Instrucciones de aplicación El profesor solicitará que el reporte de la actividad experimental “_________” tenga en la portada los datos de los integrantes del equipo así como la introducción al tema y los resultados obtenidos en la misma. Núm. 1 2 3 4 5

Indicador Cumplió El reporte resalta los datos de identificación del equipo. (1) En el reporte se estructuró una introducción al tema. (1) El reporte demuestra organización, integración y coherencia de ideas. (2) El reporte muestra los resultados obtenidos. (2) El reporte presenta gráficas y conclusiones. (4) Totales

No cumplió

Observaciones

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

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Instrumento de evaluación: Guía de observación Nombre de la asignatura: QUIMICA II

Sistema: Grado y grupo: Plantel: Fecha de aplicación:

Profesor(a): Alumno: Objeto de aprendizaje: Macromoléculas Desempeño a evaluar: Actividad experimental Instrucciones de aplicación • • • •

Esta guía de observación deberá ser aplicada en equipos. Cada equipo realizará la actividad experimental “Identificación de macromoléculas en alimentos”. El profesor solicitará al equipo abastecerse del material necesario para trabajar en el laboratorio. Los integrantes deben responder la siguiente rúbrica, después el profesor. Cada miembro del equipo anotará en el cuadro correspondiente el número que se ajuste a la percepción que tiene de sus compañeros de equipo, respecto a las conductas que se anotan para resolver la actividad. • El profesor se queda con el instrumento de evaluación una vez terminado el trabajo. Núm. Rasgos a evaluar 1 Elaboran una estrategia para la solución de la actividad. (1) 2 Enfocan sus comentarios en la actividad. (1) 3 4 5

Dan realimentación oportuna. (2) Reciben realimentación y la aprovechan. (2) Generan un ambiente de aprendizaje. (1)

6

Completan oportunamente la actividad y entregan los resultados obtenidos. (3) Totales

Equipo

Docente

Evaluó: ________________________________________________________ (Nombre)

Final

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El contenido que aborda esta obra es: la noción del mol en los procesos químicos del entorno, la contaminación del aire, agua y suelo, la utilidad de los sistemas dispersos, los compuestos del carbono en la vida diaria y las macromoléculas naturales y científicas.

Química II

La química es una ciencia que forma parte de nuestra vida diaria, sin embargo, no siempre somos conscientes de que convivimos con ella diariamente. Química II se dirige a los estudiantes del segundo semestre de bachillerato con la finalidad de que, a través de métodos y procedimientos experimentales, comprendan, interpreten, analicen, reflexionen, argumenten e investiguen aspectos básicos para la resolución de problemas químicos cotidianos.

Lembrino Rivera

Campo ciencias experimentales

Nuestro enfoque editorial está basado en el diseño de actividades que permiten a los lectores el desarrollo de las competencias definidas en el Programa de estudios de la Dirección General del Bachillerato (DGB), como evaluaciones diagnósticas, autoevaluaciones, prácticas, retos, etcétera.

Segundo semestre

Química II Imelda Luz Lembrino Pérez Georgina Rivera Álvarez

Segundo semestre