RESUMEN SEMANA 9

4.8 UNIDADES DE MEDIDAS USUALES, ÁTOMO-GRAMO, MOL-GRAMO, VOLUMEN-GRAMO MOLECULAR, NÚMERO AVOGRADO

Átomo-gramo: Cantidad de sustancia que contiene el peso atómico Molécula-gramo del elemento expresado en gramo.

H = 1,0079 (U.M.A.); 1,0079 gr

1.-un átomo – gramo de oxígeno pesa 16 gramos

2.-un átomo – gramo de nitrógeno pesa 14 gramos

3.-un átomo – gramo de carbono pesa 12 gramos

Mol-gramo

Es un número de moléculas contenidas en la molécula-gramo o el peso molecular de una sustancia expresada en gramos.

H2O = 18 (U.M.A.); 18 gr

Conversión de moles a gramos:

Ejemplo: N2 ¿Cuántos moles hay en 14,0 g?

PM = 14,01 x 2 = 28,02 g/mol

Volumen-gramo:

Es el volumen que ocupa una mol de un gas en condiciones normales de temperatura y presión*, y es igual a 22.4 1/mol.

Temperatura normal: 0° C o 273° K

Nota: Cuando se usa el término mol debe especificarse el tipo de partículas elementales a que se refiere, las que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de estas partículas. Así, los términos más antiguos de átomo-gramo, molécula-gramo, ion-gramo y fórmula-gramo han sido sustituidos actualmente por el término mol.

Como consecuencia de la ley de Richter, a partir de un peso equivalente patrón (h = 1,008), es posible asignar a cada elemento un peso de combinación que se denomina peso equivalente o equivalente.

Cuando el equivalente se expresa en gramos se llama equivalente gramo (concepto análogo a los de átomo gramo y molécula gramo)

Volumen gramo molecular:

Es el volumen que ocupa una mol de un gas en condiciones normales de temperatura y presión*, y es igual a 22.4 1/mol.

*Temperatura normal: 0° C o 273° K

Presión Normal: 1atm o 760 mm de Hg.

Número de Avogadro.:

El número de moléculas que hay en un volumen molar se denomina número de Avogadro.

El número o constante de Avogadro NA —por Amedeo Avogadro— es una constante utilizada en química y física para establecer una relación entre la masa o el volumen y la cantidad de materia. Se define originalmente como «la cantidad de átomos de carbono-12 contenidos en 12 gramos de este elemento». El valor recomendado para NA en 2002 por CODATA es:

NA = (6,0221415 ± 0,0000010) × 1023 mol−1.

A la cantidad de un elemento igual a NA se la denomina mol. El número de Avogadro también es el factor de conversión entre el gramo y la unidad de masa atómica (uma): 1 g = NA uma.

• Todo el volumen de la Luna dividido en bolas de 1 mm de radio daría (muy aproximadamente) el número de Avogadro.

4.9 CÁLCULOS ESTEQUIMETRICOS B RELACIÓN PESO-PESO, RELACIÓN PESO-VOLUMEN REACTIVO LIMITANTE, REACTIVO EN EXCESO, GRADO DE CONSERVACIÓN O RENDIMIENTO

Relaciones peso-peso.

Las llamadas relaciones estequiométricas dependen de la manera en que se plantea el problema, es decir de las unidades en que se da la sustancia dato del problema y de las unidades en que se requiere o pide la sustancia incógnita (dato que se desconoce y se pide calcular).

Relaciones dato - incógnita

Mol – mol

• Masa – masa masa – mol

Mol – masa

Vol – masa

• Masa – volumen mol – vol

Vol – mol

• Volumen - volumen

Unidades de medida

Masa = gramos, kilogramo o mol

Volumen = L, ml, m³, cm³

Revisemos ahora cuanta información podemos obtener a partir de una ecuación química balanceada, y que utilizaremos según el tipo de relación que se presente en el problema.

ECUACION: N₂ + 3H₂ à 2NH₃

• 1 mol de N₂ + 3 moles H₂ à 2 moles de NH₃
• 1 molécula de N₂ + 3 moléculas H₂ à 2 moléculas de NH₃
• 28 gr de N₂ + 6 g de H₂ à 34 g de NH₃
• 6.02 x 10²³ moleculas N₂ + 3 (6.02 x 10²³ ) molec. CH₂ à 2 (6.02 x 10²³)molec. de NH₂
• 22.4 L de N₂ + 67.2 L de H₂ à 44.8 L de NH₃ (Si son gases en condic. NPT) 1L N₂ + 3L H₂ à 2L NH₃ (Si son otras condiciones y se aplica la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac)

RELACIÓN MASA – MASA 0 PESO-PESO

En éste tipo de problemas las cantidades que se conocen y las que se pregunta están en alguna unidad de cantidad de masa, normalmente en gramos. Algunas veces la información proporcionada está en moles y se nos cuestione por la cantidad en gramos o viceversa.

Ejemplo:

El hidróxido de litio sólido se emplea en los vehículos espaciales para eliminar el dióxido de carbono (CO₂) que se exhala en medio vivo. Los productos son carbonato de litio sólido y agua líquida ¿Qué masa de bióxido de carbono gaseoso puede absorber 8gr de hidróxido de litio (LiOH)?. La reacción que representa el cambio es:

2 Li OH_(s) + CO_{2 (g)} à Li₂ CO_{3 (s)} + H₂ O_(l)

PASOS PARA RESOLVER: (SE SIGUEN LOS MISMOS PARA CUALQUIER RELACION)

1. Checar que la ecuación esté balanceada correctamente
2. Subrayar la sustancia proporcionada como dato en la ecuación y la que se da como incógnita. Anotarlo arriba de cada sustancia, la incognita con una X y el valor del dato proporcionado con todo y unidad.
3. Realizar los cálculos necesarios para obtener la información (valores) que me proporciona la ecuación química balanceada, en las mismas unidades en que se da la sustancia dato y en la que se pide la sustancia incógnita.. Colocarlos debajo de las dos sustancias subrayadas en el paso 2.
4. Las proporciones así obtenidas extraerlas de la ecuación química y resolver para la incógnita X.

SOLUCIÓN:

8 g Xg

2 Li OH_(s) + CO_{2 (g)} à Li₂ CO_{3 (s)} + H₂ O_(l)

48g 44g

8 g Li OH Xg CO₂

48g Li OH 44g CO₂

Resolviendo para X tenemos:

X = 7.33 g de CO₂

Se interpreta de la siguiente manera: pueden reaccionar 7.33 g de CO₂ con los 8 gr de Li OH_(s)

Cálculos donde intervienen los conceptos de Reactivo limitante Reactivo en exceso Grado de conversión o rendimiento.


Reactivo limitante

Reactivo limitante.- El que se encuentra en menor cantidad en una reacción química y de ella depende la cantidad de producto obtenido.

Reactivo en exceso.- Sustancia que se encuentra en mayor cantidad y que cuando reacciona toda la sustancia limitante, existe una cantidad de ella que no participa en la reacción; es decir es un sobrante en la reacción.

Ejemplo:

Suponga que se mezcla 637.2gr de Amoniaco (NH₃) con 114gr de CO₂

¿Cuántos gramos de urea (NH₂) ₂ CO se obtendrán?

2 NH₃ + CO₂ à (NH₂) ₂ CO + H₂ O

1.- Determinamos la información implícita contenida en la ecuación balanceada:

Para el amoníaco: 2 NH₃

N = 14

H = 3

17 x 2 = 34g

Para el Bióxido de carbono: CO₂

C = 12 x 1 = 12

O = 16 x 2 = 32

44 gr

De la misma manera se calcula la masa molar de la urea y se obtiene 60 g/mol.

(NH₂) ₂ CO = 60 g/mol

a) Ahora resolvemos para la relación de sustancias subrayadas:

637.2 g Xg

2 NH₃ + CO₂ à (NH₂) ₂ CO + H₂ O

34 g 60 g

637.2 g NH₃ à X g

Si 34 g NH₃ à 60g (NH₂) ₂ CO

x = (637.2 g NH₃ ) (60gr (NH₂) ₂ CO) = 1, 124 g de urea.

34g NH₃

b) Aquí calcularemos la cantidad de urea que se puede obtener con los 114 g de CO₂, para que de esta manera, determinemos que sustancia es el reactivo limitante. 114 g Xg

2 NH₃ + CO₂ à (NH₂) ₂ CO + H₂ O

44 g 60 g

114 g de CO₂ ------ Xg

Si 44 g de CO₂ ---- 60 g de (NH₂) ₂ CO

X = 155.45 g de urea (máximo de urea que se obtendría)

Por lo tanto el reactivo limitante es el CO₂

c) Suponiendo que quiero que reaccione todo el CO₂ ¿Cuanto amoniaco debería de utilizar?

Para determinarlo, resolvemos para la relación:

Xg 114g

2 NH₃ + CO₂ à (NH₂) ₂ CO + H₂ O

34g 44g

Xg à 114 gr CO₂

Si 34 g NH₃ à 44 g CO₂

4.10 REACCIONES QUÍMICAS SIMPLES

Una reacción química es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química.

Los tipos de reacciones inorgánicas son: Ácido-base (Neutralización), combustión, solubilización, reacciones redox y precipitación.

Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas: reacciones ácido-base (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo a el tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble:

Nombre	Descripción	Representación	Ejemplo
Reacción de síntesis	Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.	A+B → AB	2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)
Reacción de descomposición	Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.	AB → A+B	2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)
Reacción de desplazamiento o simple sustitución	Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.	A + BC → AC + B	Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución	Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.	AB + CD → AD + BC	NaOH + HCl → NaCl + H2O

Reglas:

• En toda reacción se conservan los átomos y las cargas (si hay iones)
• No puede ocurrir un proceso de oxidación o de reducción aislado, ambos ocurren simultáneamente.
• No se pueden formar productos que reaccionen enérgicamente con alguno de los productos obtenidos.

Respecto a las reacciones de la química orgánica, nos referimos a ellas teniendo como base a diferentes tipos de compuestos como alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, aldehídos, cetonas, etc. que encuentran su clasificación y reactividad en el grupo funcional que contienen y este último será el responsable de los cambios en la estructura y composición de la materia. Entre los grupos funcionales más importantes tenemos a los dobles y triples enlaces y a los grupos hidroxilo, carbonilo.

4.11 ÁCIDO-BASE

Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base. Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo menos evidente. El primero de estos conceptos científicos de ácidos y bases fue proporcionado por el químico francés Antoine Lavoisier, alrededor de 1776.

4.12 OBTENCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS:
HALOGENUROS, COMBUSTIÓN DE HIDROCARBUROS, BENCENO
Y SUS DERIVADOS, POLÍMEROS

Compuestos Orgánicos más importantes, como se obtienen, sus propiedades y usos:

Ácido Acético (CH3COOH):

• Obtención: Se obtiene de 3 formas:

1. Por oxidación catalítica de los gases del petróleo
2. Por oxidación del etanal o acetaldehído
3. Haciendo reaccionar alcohol metílico con monóxido de carbono

• Propiedades: Se presenta como liquido incoloro de olor muy picante. Funde a 16ºC y ebulle a 118ºC. Su densidad es 1,05q/cm3. Es soluble en agua, alcohol y éter.
• Usos: Se emplea en la producción del plástico, como alimento, en la fabricación de colorantes, insecticidas y productos farmacéuticos; como coagulante del látex natural.

Ácido ascórbico o Vitamina C:

• Obtención: Se encuentra presente en las frutas cítricas
• Propiedades: Se presenta en forma de cristales blancos. Es soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol e insoluble en éter. Fuende a 192ºC
• Usos: Se emplea como antioxidante y preservativo de alimentos como la mantequilla, la leche de larga duración, bebidas y vinos. En medicina, para prevenir el escorbuto

Ácido Cítrico (C6H8O7):

• Obtención: A partir de las frutas como el limón, la lima, la toronja y la naranja. También se le obtiene por fermentación degradante de carbohidratos.
• Propiedades: Se presenta en forma de cristales o polvo translúcido incoloro. Funde a 153ºC. Su densidad es 1,54g/cm3. Es soluble en agua y en alcohol.
• Usos: Se usa como antioxidante en alimentos tales como vinos, bebidas refrescantes y sodas, confitería, leche concentrada de larga duración y alimentos enlatados (caviar, gambas); como agente quitamanchas del acero inoxidable y de otros metales

Éter dietílico (C4H10O):

• Obtención: Se prepara por deshidratación del alcohol etílico
• Propiedades: Es un liquido de color agradable y penetrante, muy volátil e inflamable. Sus vapores son los mas densos que el aire, pero mas livianos que el agua. Su densidad es 0,78g/cm3. Funde a -16ºC y ebulle a 35ºC. Presenta un gran poder disolvente ya que diluye al caucho, al aceite y a las grasas.
• Usos: En medicina, como analgésico local, En el laboratorio, como disolvente y reactivo.

Alcohol etílico o Etanol (C2H6O):

• Obtención: Se puede obtener de diversas maneras: por síntesis, partiendodel acetileno; por fermentación de sustancias azucaradas y por destilación del vino.
• Propiedades: Es un liquido incoloro, de olor caractristico, agradable y sabor ardiente. Ebulle a 78ºC. Es soluble en agua, en todas las proporciones. Su densidad es 0,79g/cm3.
• Usos: Como componente de las bebidas alcoholicas y en la síntesis de compuestos organicos.

9. Algunos Compuestos Orgánicos, su estado físico y su solubilidad :

COMPUESTO ORGANICO	ESTADO FÍSICO	SOLUBILIDAD EN EL AGUA
Aceite de Maíz	Líquido	Insoluble
Acetona	Liquido	Soluble
Ácido acético	Liquido	Soluble
Ácido cítrico	Liquido	Soluble
Ácido fórmico	Liquido	Completamente Soluble
Alcohol etílico	Liquido	Completamente Soluble
Benceno	Liquido	Insoluble
Butino	Gaseoso	Soluble
Detergentes	Liquido	Soluble
Jabones	Sólido	Soluble
Manteca de cerdo	Sólido	Insoluble
Metano	Gaseoso	Insoluble
Naftaleno	Sólido	Soluble

10. Identificación rápida de los Compuestos Orgánicos

Un compuesto orgánico se reconoce porque al arder produce un residuo negro de carbón. Al comparar el estado físico y la solubilidad de diferentes compuestos orgánicos nos percatamos de que:

1. Pueden existir en estado sólido, liquido o gaseoso
2. La solubilidad en el agua varía, desde los que son totalmente insolubles hasta los completamente solubles

11. ¿A qué se debe que haya tantos compuestos orgánicos y donde están presentes?

Los compuestos orgánicos constituyen la mayor cantidad de sustancias que se encuentran sobre la tierra. Contienen desde un átomo de carbono como el gas metano CH4 que utilizamos como combustible, hasta moléculas muy grandes o macromoléculas con cientos de miles de átomos de carbono como el almidón, las proteínas y los ácidos nucléicos.

• La existencia de tantos compuestos orgánicos de diferentes tamaños se debe principalmente a:

1.  
2. La capacidad del átomo de carbono para formar enlaces con otros átomos de carbono.
3. La facilidad con que el átomo de carbono puede formar cadenas lineales, ramificadas, cíclicas, con enlaces sencillos, dobles o triples.
4. El átomo de carbono, puede formar enlaces en las tres dimensiones del espacio.

12. Olores característicos de algunos compuestos orgánicos

Compuestos Orgánicos			Olor
Acetato	de	Amilo	Pera
Acetato		Octilo	Naranja
Atranilato		Metlo	Uva
Butirato		Amilo	Durazno
Butirato		Butilo	Piña
Valerinato		amilo	Manzana

4.13 COMPUESTOS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL

Los compuestos orgánicos son sustancias químicas que contienen carbono, formando enlaces covalentes carbono-carbono y carbono-hidrógeno. En muchos casos contienen oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros elementos. Estos compuestos se denominan moléculas orgánicas. No son moléculas orgánicas los compuestos que contienen carburos, los carbonatos y los óxidos de carbono.

Las moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos:

Moléculas orgánicas naturales: Son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman biomoléculas, las cuales son estudiadas por la bioquímica.

Moléculas orgánicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza y han sido fabricadas por el hombre como los plásticos.

Los compuestos orgánicos formados principalmente por combinaciones diferentes de carbono, hidrogeno, oxigeno y nitrógeno, tienen propiedades especiales que son útiles para el ser humano.

Entre los usos que el hombre ha dado a estos compuestos se encuentran la alimentación, la industria farmacéutica y en otras industrias económicamente muy importantes.

En la alimentación se utilizan compuestos orgánicos como vitaminas y proteínas para enriquecer la leche, los cereales, el chocolate en polvo, galletas y muchos otros alimentos de consumo humano.

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 productos.

Los plásticos son compuestos orgánicos muy empleados, entre ellos están el nailon, que se usa en la fabricación de ropa; el poliuretano o unicel, el polietileno, con el que se hacen las bolsas, etc. Un inconveniente del plástico es que no es biodegradable, por lo que su uso indiscriminado ocasiona problemas de contaminación. La principal característica de los plásticos es su capacidad para moldearse de distintas formas, por ejemplo, en laminas, esferas y rollos, y por medio de diferentes procesos químicos adquieren cualidades como la rigidez, la suavidad, la transparencia, etcétera. El vocablo plástico viene del griego plásticos que significa sustancia moldeable.

Los medicamentos son todas aquellas sustancias que se usan en el tratamiento contra las enfermedades; también se les conoce como fármacos o medicinas.

La mayor parte de los medicamentos son de origen orgánico, vegetal o animal, aunque actualmente casi todos se preparan en forma sintética por métodos químicos, con el propósito de lograr su producción en grandes cantidades.