09. Química III ciclo

MEZCLAS Química ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 15 minutos) SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA I: EVAPORACIÓN Con esta actividad se pretende que el estudiantado comprenda el proceso de separación de los componentes de una mezcla por medio de la evaporación. Forme grupos de tres o cuatroestudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿cómo se puede obtener sal a partir del agua del mar? ¿Se podrán recuperar sólidos de soluciones? ¿En qué consiste el proceso de la evaporación? Materiales ½ taza de agua. 1 vaso plástico. 3 cucharadas de sal (cloruro de sodio: NaCl). 1 agitador. 1 plato pequeño. Procedimiento 1. Verter la sal y el agua en el vaso plástico y con ayuda del agitador disolver la sal. Echar la disolución en el plato. 2. Colocar el plato al sol durante varias horas o días, hasta que el agua se evapore totalmente. Si disponen de una hornilla, pueden evaporar el agua aplicando calor. Graficar el proceso. Pregúnteles: ¿qué residuo ha quedado en la olla? ¿El agua evaporada, es agua pura? ¿A qué estado de la materia pasó el agua? ¿Este cambio físico implicó adición o eliminación de calor? 3. METODOS FÍSICOS DE SEPARACIÓN  Evaporación: Es la operación por la que se separa La separación de los componentes de una mezcla un sólido disuelto en un líquido, por incremento de puede efectuarse por métodos físicos o métodos la temperatura del líquido, que pasa al estado de químicos. vapor, quedando el sólido como residuo en forma de polvo seco (Fig. 9). Los métodos físicos ciñen una serie de operaciones que no alteran la naturaleza de las sustancias; de tal Vapor del líquido modo, que tras la separación se obtendrán de nuevo los componentes originales. Residuo sólido Figura 9. Separación de componentes por evaporación. Los métodos químicos implican cambios químicos, ya que los componentes sufren transformaciones que  Cristalización: Es el proceso por el cual se separa un afectan su naturaleza. Una vez que se efectúa la componente sólido de una disolución líquida, con separación, la unión de sus componentes no ha de el fin de purificar la sustancia sólida. Esto se producir la sustancia original. En esta lección se efectúa disolviendo el sólido en un disolvente a alta estudiarán sólo los métodos físicos de separación. temperatura en el que los contaminantes no sean solubles. Después, se filtra en caliente para Los métodos físicos usados para separar sustancias eliminar las impurezas y se deja enfriar el líquido en una mezcla dependerán del tipo de sustancia y la lentamente hasta la formación de cristales (Fig. forma en que estén unidas; así, se distinguen los 10). procedimientos físicos y mecánicos. Una manera fácil de efectuar una cristalización es Procedimientos físicos Son procedimientos utilizados para la separación de los componentes en una mezcla homogénea. 84

utilizar solventes volátiles como éter o el hexano. MEZCLAS Química Cuando el líquido se evapora, el sólido se separa como cristal; esto se realiza en un cristalizador. ¿Cómo se obtiene la sal en nuestro país? El Salvador tiene la industria salinera más grande de toda Centroamérica y la mayoría de su producción proviene de lagunas estuarias (golfo de Fonseca, La Unión; bahía del Espíritu Santo, Usulután). Los salineros aprovechan la marea alta para recolectar el agua de mar en piscinas superficiales y obtener con la evaporación, cantidades industriales de sal no refinada. Figura 10. Formación de cristales. ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 15 minutos) SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA II: CRISTALIZACIÓN Con esta actividad se pretende que el estudiante comprenda el proceso de formación de cristales con la cual se puede efectuar separando el azúcar de una disolución. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que se necesitarán. Pregúnteles: ¿conocen cristales que se pueden encontrar al aire libre (minerales)? ¿Consideran que el hielo es un sólido cristalino? ¿Cómo se pueden obtener cristales más o menos grandes? Materiales 1 frasco de vidrio transparente limpio. 3 tazas de azúcar. 1recipiente para cocción u olla. 1 taza de agua. 1 hornilla pequeña o zona de calentamiento. 1 lápiz o un palillo de madera. 1 trozo de hilo o cuerda delgada. 1 cuchara o varilla de agitación. Procedimiento 1. Hervir el agua en la olla. Agregar el azúcar, una taza a la vez. Es de notar que una parte del azúcar se disolverá, formando una solución; pero, una pequeña parte quedará sin disolver en el fondo del recipiente; esto significa que la solución de azúcar está saturada. 2. Verter la solución en el vaso, teniendo el cuidado de no acarrear el depósito del fondo. Este proceso de separar un líquido de un sólido, simplemente vertiendo el líquido, se denomina decantación. Descartar el material sólido. 3. Colocar el lápiz con el hilo suspendido verticalmente sobre el vaso, de modo que un trozo quede en la disolución. 4. Dejar reposar la disolución por varios días. Para protegerla del polvo puede poner un pedazo de papel sobre ella. 5. Dejar que los cristales crezcan hasta alcanzar el tamaño deseado o hasta donde dejen de crecer. En este punto, se podrá sacar el hilo para permitir que el cristal se seque y podrá comerlos. Pregúnteles: ¿las partículas se van formado de manera gradual? ¿Qué aspecto (figura geométrica) presentan estas partículas? ¿Las partículas mantienen su geometría a medida que crecen? ¿Qué sucede a medida que el agua se va evaporando? ¿Qué sucede al encontrarse dos cristales que están creciendo uno junto al otro? ¿Podría decir dónde empieza uno de los cristales y empieza otro? ¿Pueden separarlos? ¿Qué sucede con el hilo que se ha colocado dentro de la disolución?  Cromatografía: Este método consiste en separar las diferencias en afinidad de los componentes de mezclas de gases o líquidos, según las diferentes la mezcla entre la fase móvil y la fase estacionaria, velocidades a las que se mueven, de acuerdo con ocurrirá la separación. su afinidad entre una fase móvil y una estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o gas, mientras Se conocen las siguientes formas: que la fase estacionaria, un líquido o sólido. Según 85

MEZCLAS Química a. Cromatografía en papel: La fase estacionaria Si la mezcla de muestras que se está analizando utiliza un medio poroso (papel) y en la fase presenta color, se observarán los distintos colores móvil, agua u otro disolvente como acetona, migrando a diferentes velocidades de la posición éter, alcohol, hexano, etc. En el papel se traza original. Si son incoloras hay que someter la placa a una línea o punto con la mezcla por separar. El algún tratamiento por medio de una sustancia disolvente asciende en el papel por acción desarrolladora (generalmente yodo) para determinar capilar y cuando el disolvente llega hasta la la presencia de las sustancias sobre el silicato (Fig. mancha, la mezcla empieza a ascender sobre el 12). papel junto con el disolvente (Fig. 11). Figura 11. Este proceso se utiliza para separar pigmentos de Figura 12. Esta técnica también permite determinar el grado de plantas y tintas, entre otros. pureza de un compuesto, comparar muestras, etc. Los componentes que tienen poca atracción por el c. Cromatografía de columna: Este es utilizado papel se mueven junto al disolvente; aquellos que para la separación de mezclas o purificación de tienen mayor atracción por el papel no se mueven o sustancias. Como fase estacionaria se usa, tienden a desplazarse a menos. generalmente, gel de sílice o alúmina dentro de una columna. En la columna se hace pasar una b. Cromatografía en capa fina: Este método es corriente de disolvente denominada fase móvil usado para separar moléculas relativamente o eluyente que baja, por efecto de la gravedad o pequeñas. La fase estacionaria puede ser: de por la aplicación de presión (Fig. 13). celulosa, alúmina o un gel de silicato, unido a una superficie sólida (placa de vidrio, papel o ¿Cómo se pueden detectar los billetes falsos? aluminio). El tipo de fase estacionaria que se La cromatografía en capa fina es el principal método de use en un experimento, dependerá del tipo de detección que se utiliza actualmente para determinar si moléculas que se quieran separar. un producto cumple con las especificaciones legales; esto es relevante para determinar secuencias de producción, El procedimiento que se sigue es: se colocan las la clasificación e identificación de las tintas, determinar muestras a un centímetro del borde en uno de los grados de pureza en los medicamento, así como realizar extremos de la placa y se deja secar. Después, la dataciones químicas. placa se coloca en un envase, llamado cámara de vidrio que tiene una cantidad mínima de solvente. En la mayoría de los casos se lleva a cabo en varios canales de una capa de sílice, cuyas fases móviles pueden El solvente subirá por capilaridad e irá arrastrando consistir en hexano, amoníaco, acetato de etilo, tolueno, las moléculas, las cuales se moverán de acuerdo con alcoholes, etc. Las placas se dejan secar al aire y la la afinidad que muestren por la fase estacionaria. presencia de un indicador fluorescente bajo la luz puede evidenciar el uso de una tinta diferente en un determinado billete, que aparentemente fuese realizado por una sola. 86

MEZCLAS Química La mezcla de compuestos por separar se disuelve en Aplicación de una pequeña cantidad de disolvente y se coloca en la la muestra Solvente parte superior de la columna, quedando absorbida. Enseguida, se pasa un flujo de disolvente a través de Columna la columna. Los compuestos constituyentes de la Tapón mezcla son arrastrados por el disolvente a su paso, poroso los que los hace avanzar a lo largo de la columna. Figura 13. Separación de diversos componentes por medio A pesar de esto, no todos los compuestos avanzan a del método de laSoclrvoemntaetsografía de Ccolmumponnae. ntes separados la misma velocidad. Algunos compuestos son fuertemente retenidos por el absorbente (la fase La forma con la que interactúan los componentes de estacionaria), lo que permite que avancen más la mezcla de gases con la cubierta del tubo capilar y despacio. En cambio, otros apenas son retenidos y la temperatura determina la separación de la avanzan a una mayor velocidad. mezcla. Los componentes separados llegan al extremo del tubo en diferentes momentos y allí se d. Cromatografía de gases: La fase móvil es un gas, analizan e identifican con un espectrómetro de luz o en general, helio (He) o argón (Ar); la fase de masas (Fig. 14). estacionaria es una cubierta líquida colocada en el interior del capilar a través del cual se desplazará la mezcla. Muestra Regulador de Inyección de presión la muestra Cromatograma Figura 14. Equipo de cromatografía de gases. Helio (He) Detector Horno termostatizado Columna ACTIVIDAD 5. (Tiempo: 15 minutos) SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA III: CROMATOGRAFÍA EN PAPEL Con esta actividad se pretende que el estudiantado comprenda la técnica de la cromatografía, que se basa en las distintas velocidades con que son arrastradas cada una de las sustancias mediante un medio poroso por un disolvente en movimiento. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que necesitarán. Pregúnteles: ¿cómo se podrían separar los componentes de una tinta? ¿Los marcadores de diferente color en apariencia física, podrían tener las mismas tintas? Materiales 1 frasco de alcohol medicinal (etanol) sin color. 4 tiras rectangulares de papel absorbente (papel filtro de cafetera, papel toalla) de 10 cm. Marcador de color rojo, café, negro y verde claro (que no estén secos). 87

MEZCLAS Química 4 vasos de plástico transparente. Procedimiento 1. Verter 5 mL aproximadamente de alcohol en cada vaso. 2. Pintar un punto con el marcador verde en un tira de papel a 1.5 cm de distancia del extremo. Dejar el marcador en contacto con el papel 10 -20 segundos para que se empaque bien la tira. 3. Efectuar el mismo procedimiento con los tres marcadores que faltan en las tres tiras de papel restante. No deberán olvidar a qué punto corresponde cada color. 4. Poner la tira de papel verticalmente, con el extremo donde están los puntos, en el alcohol dentro de cada vaso. 5. Realizar en su cuaderno cuatro dibujos, uno de cada tira de papel, cuando el alcohol lleve aproximadamente 4 cm y, otros cuatro, cuando el líquido llegue a un centímetro antes del borde superior. Tener cuidado que el alcohol no llegue hasta el extremo superior del papel. 6. Repetir el procedimiento con agua como solvente y efectuar comparaciones de los resultados que se obtengan. Pregúnteles: ¿qué colores de los marcadores están formados por mezclas? ¿Los pigmentos son arrastrados a la misma velocidad? ¿Qué hace que algunas tintas se desplacen menor distancia que otras? ¿En qué porción del papel están las sustancias con mayor atracción hacia él? ¿Cuál es el mejor solvente para separar las mezclas de tintas? ¿Qué hace que el alcohol o el agua suba por el papel? Sugiera algunas razones por la que se produce este cambio. Las sustancias polares tienden a ser atraídas por otras sustancias polares, tal como se sucedió en el papel. ¿Cuáles tintas contienen las sustancias más polares? ¿Cuál es la diferencia en polaridad entre el alcohol y el agua? Termómetro  Destilación: Consiste en separar dos líquidos con Balón de Refrigerante diferentes puntos de ebullición; calentando la destilación solución y con la posterior condensación de las sustancias. Es decir, que este proceso consta de Condensador dos fases: la primera, la evaporación, donde el líquido pasa a vapor y, segundo, la condensación, el Destilado vapor se condensa y pasa de nuevo a líquido. Mechero La destilación puede ser: a. Simple: Se usa cuando la diferencia entre los Figura 15. Equipo de la destilación simple. puntos de ebullición de los componentes que se desea separar es grande, mayor a 80 °C, o Termómetro cuando las impurezas son sólidos disueltos en el líquido por purificar (Fig. 15). Columna Refrigerante fraccionada Condensador b. Fraccionada: Es usado si la diferencia que hay entre los puntos de ebullición es demasiado Balón de Destilado pequeña para que una destilación simple, sea destilación eficiente (Fig. 16). Procedimientos mecánicos Mechero Son procedimientos, usados para la separación de los componentes de mezclas heterogéneas. Figura 16. En la columna de destilación fraccionada ocurren muchas evaporaciones y condensaciones al mismo tiempo, lo que garantiza que la separación de las mezclas sea eficiente. 88

MEZCLAS Química  Filtración: Permite separar un sólido insoluble de un líquido. Mezcla de Para esto se usa un medio poroso de filtración o membrana, sólido y líquido que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Los filtros que se usan, por lo general, son: el papel filtro, la fibra de asbesto, Sólido retenido el algodón, fibra de vidrio, las fibras vegetales, las tierras especiales y las redes metálicas (Fig. 17). Líquido Figura 17. Separación del suero de leche del queso. ACTIVIDAD 6. (Tiempo: 15 minutos) SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA IV: DESTILACIÓN Con esta actividad se pretende que el estudiantado construya un destilador casero. La construcción del destilador tomará unos pocos minutos; pero, la destilación, en sí misma, llevará varios días. Para comprender el mecanismo de la destilación, se construirá un destilador solar; el cual, permitirá obtener agua destilada en un día soleado. Puede parecer que el agua obtenida sea insignificante; pero, de esta manera se obtiene agua potable en muchos lugares del mundo, como es el caso de Israel. La actividad se podrá realizar con el grupo completo de clase. Pregúnteles: ¿cómo podrían purificar el agua de manera sencilla? ¿Qué es el proceso de la destilación? ¿Cuáles son los cambios físicos de la materia que se producen en la destilación? ¿Cuáles son las sustancias que sufren dichos cambios? ¿Podrían mencionar ejemplos de productos alimenticios obtenidos por destilación? Materiales 1 plancha de aluminio de 0.5 mm de grosor de 54 x 59 cm (para recolectar el agua destilada). 1 bandeja negra esmaltada más pequeña que la plancha de aluminio (contendrá el agua que se va a destilar). 2 rectángulos de plexiglás (conocido como acrílico) transparente de 4 mm de grosor. Medidas: 35 x 50 cm . 2 triángulos de plexiglás transparente de 45 x 35 x 35 cm. Pistola de silicona con cartucho de silicona translúcida. Agua (cantidad necesaria). Procedimiento 1. Pegar con silicona las láminas de plástico (plexiglás) formando una tienda de campaña sobre la bandeja plana de aluminio. De este modo se tendrá un destilador de dos vertientes: las dos láminas de plástico inclinadas. La estructura se secará en 12 horas. 2. Sobre la bandeja de aluminio y bajo la estructura de plástico, colocar la bandeja negra con agua. 3. Se deberá esperar a que el sol realice su función. Funcionamiento: La radiación solar atraviesa el plexiglás transparente y calienta el agua contenida en la bandeja negra, que se va evaporando. El vapor de agua se condensa en pequeñas gotas al entrar en contacto con las paredes del invernadero, que están más frías que el ambiente interior del destilador. Estas gotas van resbalando por los laterales inclinados del destilador, yendo a caer en la bandeja de aluminio. Pregúnteles: ¿Qué función tiene la energía solar en el proceso? ¿Qué cambios físicos sufre el agua que se halla en la bandeja negra? ¿Qué componentes se han separado del agua para identificarla como “agua potable”? ¿Cuál es la propiedad de la materia en la que se basa la destilación? ¿En qué casos se utiliza la destilación simple? (Menciona al menos 2). Dibuja el mecanismo de la destilación que se ha producido. 89

MEZCLAS Química ACTIVIDAD 7. (Tiempo: 15 minutos) SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA V: FILTRACIÓN Con esta actividad se pretende que el estudiantado aplique la técnica de la filtración para separar los componentes que forman una mezcla compuesta de sólidos y líquidos. Forme grupos de tres estudiantes y repártales los materiales que usarán. Pregúnteles: ¿qué instrumentos utilizan en sus hogares para obtener el jugo de naranja sin grumos y sin semillas? ¿Han escuchado acerca de la retención de polvo en los filtros de ambiente? ¿Qué función ejerce un filtro? ¿En qué consiste el proceso de la filtración? Materiales 1pajilla.  Jugo de un limón. 3 cucharadas de leche en polvo. 1 vaso de vidrio.  1 colador plástico del tamaño del vaso. 1 gotero.  1 papel filtro para cafetera.  Procedimiento  1. Añadir la leche en polvo al agua y agítenla con la pajilla. No se formará una solución sino que una suspensión. 2. Añadir con ayuda de un gotero tres gotas de jugo de limón hasta ver que se forman más coágulos (se precipitará la caseína que es la proteína de la leche). Deberán fijarse que los coágulos son de diferentes tamaños.  3. Dejar en reposo la suspensión durante cinco minutos. 4. Colocar el papel filtro en el colador y este sobre el vaso de vidrio. Verter la suspensión en el sistema y observar lo que ocurre.  Pqrueeghúantqeuleesd:a¿dcouárleetsesnoidnalaesnseulstpaanpceial sfilytrsou?e¿sYtaddeoldaeqaugeresegahcaiófnil,trqaudeoc?o¿mQpuoénoetnralatmécenzicclaa?de¿Csueáplaerasceilóensptardopoofnísdicroíadseplaarasussetpanacraiar esta mezcla? ¿Por qué se considera que esta técnica de separación es un procedimiento mecánico? ¿En vez de papel filtro, qué otro instrumento de separación utilizarías? Brinda ejemplos de la vida cotidiana en las cuales se use el método de la filtración. ¿Cómo se fracciona el petróleo? de un tamiz o colador. Las partículas con menor El petróleo es una mezcla de diferentes líquidos, que es tamaño pasan por los poros del tamiz, mientras calentado a 400°C en un horno. Cuando cada uno de que las grandes quedan retenidas; por ejemplo, ellos alcanza el punto de ebullición a una temperatura una muestra de tierra del suelo que se espolvorea diferente, se convierte en gas y se separan fácilmente sobre un tamiz, las partículas finas de tierra caerán del resto; primero, los productos ligeros que poseen la y las piedras y partículas grandes quedarán temperatura de ebullición más baja. retenidas en el tamiz (Fig. 18). Cada fracción resultante es un combustible con diversas Mezcla de características. Este proceso se conoce como destilación sólidos fraccionada. El 90% del petróleo se utilizado para la producción de combustibles. Los compuestos extraídos Sólido (arena) del crudo son: los gases propano y butano, la gasolina, separado el queroseno y combustible diésel (gasóleo), las ceras, el fuel oil, los lubricantes y el asfalto. Figura 18. Separación de arena de las piedras.  Tamizado: Se utiliza para separar una mezcla de  Imantación: Este método aprovecha la propiedad partículas sólidas de diferentes tamaños a través de algún material para ser atraído por un imán, ya que el campo magnético del imán genera una fuente atracción, que logra que los materiales se acerquen a él. Para poder utilizar este método se 90

MEZCLAS Química precisa que un componente sea atraído, pero no el ACTIVIDAD 8. (Tiempo: 10 minutos) resto (Fig. 19). SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE UNA MEZCLA VI: TAMIZADO E IMANTACIÓN Objetos Con esta actividad se pretende que el estudiantado aplique metálicos el tamizado y la imantación para separar los componentes que conforman una mezcla compuesta de sustancias Figura 19. Separación de objetos metálicos de la basura. sólidas. Forme grupos de tres o cuatro estudiantes y repártales los materiales que usarán. Pregúnteles: ¿cómo se  Decantación: Consiste en separar dos líquidos no separan las piedras de la arena en la construcción? ¿Qué miscibles y de diferentes densidades, usando un técnica de separación utilizarían para obtener pepitas de oro embudo de separación o decantación. La mezcla de las mezclas de arena? ¿Cómo separarían los objetos de de los líquidos se deja reposar en el embudo y el hierro de la basura? ¿Qué es la industria siderúrgica? líquido más denso queda en la parte inferior del embudo. Materiales ¼ taza de limaduras de hierro (Fe). Asimismo, se usa para separar un sólido insoluble ¼ taza de carbón en polvo (C). en un líquido. Se deja reposar la mezcla y el sólido ¼ taza de arena. va al fondo del recipiente, para luego, recoger el 2 hojas de papel bond. líquido (Fig. 20) (Actividad 3). 1 colador de abertura fina. Aceite Procedimiento 1. Mezclar la limadura de hierro con el carbón en polvo y la arena en el recipiente. 2. Colocar la mezcla en una hoja de papel y acercar el imán a la mezcla. 3. Repetir la operación hasta que hayan separado un componente que forma parte de la mezcla. 4. Pasar la mezcla por el colador y recibir el siguiente componente en una hoja de papel. Agua Pregúnteles: ¿cuáles sustancias que componen la mezcla poseen propiedades magnéticas? ¿Cuál sustancia se separó Figura 20. Separación de aceite y agua. primero (por medio del imán)? ¿Cómo se llama a la técnica de separación que se basa en las propiedades magnéticas de  Centrifugación: Es el proceso mediante el cual se las sustancias? ¿Cuál es la sustancia que quedó retenida en somete una mezcla de líquidos o de sólidos, o de el colador? ¿Y cuál se recogió en la hoja de papel? ¿Qué ambos, a un movimiento de rotación constante y técnica de separación se ha usado para separar los dos rápido, lo que hace que las partículas de mayor componentes restantes? ¿Cuál es la diferencia entre densidad sedimenten y las partículas más livianas filtración y tamizado? ¿La imantación podría utilizarse en queden en la parte superior. El proceso se realiza una mezcla que contenga sustancias líquidas? en un aparato llamado centrífuga (Fig. 21). Separación de la fase sólida y líquida Centrifugadora Figura 21. Separación de cenizas en suspensión en el agua. 91

¿Cuál es la función de una lavadora con centrifugado? MEZCLAS Química En las lavadoras automáticas o semiautomáticas hay una sección del ciclo que se refiere a secado, en el cual, el ¿Tienen hierro las mezclas con cereales que comemos tambor de la lavadora gira a cierta velocidad de manera en el desayuno? que las partículas de agua adheridas a la ropa en el Los cereales preparados para el desayuno tienen sulfato lavado, salen expedidas por los orificios del tambor. de hierro (II) (FeSO4) o hierro elemental (Fe), añadido para contribuir a la ingesta diaria recomendada; poseen alrededor de 4.5 mg de hierro por porción y la ingesta que se recomienda para los adultos de 18 a 50 años es de 8 miligramos (mg) por día. La sal de hierro (II) se aprovecha mejor por nuestro organismo, ya que reacciona con el ácido estomacal; en cambio las limaduras de hierro no, por el corto tiempo que el cereal permanece en el estómago. ACTIVIDAD INTEGRADORA CON… INDUSTRIA DESTILADOS La destilación se realiza para separar el alcohol del agua que pueda contener la materia prima. Se coloca la mezcla en un recipiente, se calienta a una determinada temperatura para generar los vapores del alcohol y gas. Estos vapores son condensados y recolectados en un segundo recipiente como una mezcla pura, incolora, con delicado sabor a la materia prima y con mayor graduación alcohólica. Este producto se puede destilar dos o más veces para purificar el alcohol y eliminar los agentes residuales. Luego, el alcohol se filtra para liberarlo de impurezas (por ejemplo, el vodka se filtra en láminas de grafito) y diluido con agua desmineralizada para obtener la graduación alcohólica apta para el consumo. Últimamente, se somete a una estabilización química y posterior reposado antes de su embotellamiento. Las bebidas destiladas son las descritas como aguardientes y licores; sin embargo, la destilación, agrupa a la mayoría de las bebidas alcohólicas que superen los 20 ⁰C de carga alcohólica, y son las que resultan de hervir una bebida fermentada, elevando la graduación del alcohol. Entre las bebidas alcohólicas que incorporan la destilación en su proceso de elaboración se distinguen el whisky, el vodka, el brandy, tequila, aguardientes aromáticos y licores. El principio de destilación se basa en las diferencias que existen entre los puntos de ebullición del agua (100 ⁰C) y el alcohol (78.3 ⁰C). La combinación de estas dos sustancias en una mezcla directa no produce buen sabor, aunque esto cambia al adicionarle componentes con carácter propio, que dan aroma y sabor sumamente atractivo para el consumo. Actividad. Responde las siguientes preguntas:  Investiga los productos alimenticios que produce nuestro país en los cuales se incluya el proceso de destilación.  ¿Qué tipo de destilación utilizan esos procesos industriales? Descríbelos.  Dibuja en el cuaderno el aparato de destilación que utilizan y explica su mecanismo.  Investiga a partir de qué frutas o verduras se pueden producir bebidas alcohólicas.  Investiga dos procesos artesanales de destilación de nuestro país. 92

MEZCLAS Química RESUMEN Destilación: Es la operación de separar, por medio, de evaporación y condensación, los componentes líquidos, los gases licuados o los sólidos disueltos en líquidos aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias. Fase: Es cada una de las partes homogéneas de un sistema heterogéneo separada de las demás por una frontera clara. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Conevyt (s.f.) Mezclas homogéneas y heterogéneas. Experimento 10. Oregon. Extraído en junio de 2011 desde http://oregon.conevyt.org.mx/cursos/pcn/experimentos/cnexp_10.html 2. Del buen comer (2006) Destilados. Arte y Ciencia del Buen Comer. Enciclopedia. Extraído en julio de 2011 desde http://www.delbuencomer.com.ar/index_archivos/destilados.htm 3. Instituto Canario de Análisis Criminológico I.C.A.C. (s.f.) Propiedad Industrial e Intelectual. Equipamiento de Laboratorio. Laboratorio. Servicios de Criminalística. Extraído en julio de 2011 desde http://www.icac- canarias.com/index.php?option=com_content&view=article&id=146&Itemid=172 4. Instituto de Tecnologías Educativas (s.f.). La Industria química. España. Extraído en julio de 2011 desde http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/4quincena12/4q12_contenidos_4a1.ht m 5. Nueva Alejandría (2000) Fe: casi todo acerca del Hierro. Ciencias de la Naturaleza. Archivos curriculares. Extraído en julio de 2011 desde http://www.nuevaalejandria.com/archivos-curriculares/ciencias/nota- 010.htm 93

MEZCLAS Química 6. Pontificia Universidad Javeriana (2011). Cromatografía. Cursos. Bogotá. Extraído en julio de 2011 desde http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias/neurobioquimica/libros/celular/cromatografia.htm 7. Red Escolar SEP -ILCE (2010) Métodos de separación. Experimentos. Extraído en julio de 2011 desde http://redescolar.ilce.edu.mx/educontinua/conciencia/experimentos/metodos.htm 8. Terra.org. (s.f.) Destilador solar de dos vertientes. Térmicos. Ingenios solares. Extraído en julio de 2011 desde http://www.terra.org/html/s/sol/ingenio/termicos/destilador.html 9. Universidad Nacional del Nordeste (s.f.) Dispersiones coloidales. Facultad de Medicina. Extraído en julio de 2011 desde http://www.med.unne.edu.ar/catedras/fisiologia/diapos/008.pdf 10.Wood, E. (2001) Cristales –un manual para profesores de enseñanza primaria y secundaria. Extraído en julio de 2011 desde http://www.iucr.org/education/pamphlets/20/full-text-spanish 94

MEZCLAS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Indica cuál de las sustancias son homogéneas: a. Menciona un procedimiento para separar el alcohol de los componentes restantes ¿cuál Gasolina Granito es la propiedad en la que se basa? Infusión de té Pastilla de jabón b. Diseña el dispositivo adecuado. Agua con hielo Vidrio de ventana 2. Escribe los métodos de separación que usarías 7. De los métodos de separación que se indican a para separar las siguientes mezclas: continuación, señala aquellos adecuados para a. Arena y sal. separar una mezcla homogénea y una mezcla b. Hierro y arena. heterogénea: filtración, destilación, tamizado, c. Alcohol y agua. evaporación, cristalización y cromatografía. d. Arena y agua. e. Aceite y agua. 8. ¿Hay diferencia entre filtración y decantación? Explícalo y brinda un ejemplo. 3. ¿En qué consisten los métodos de separación, y 9. Para qué tipo de mezclas son más adecuadas las en cuáles situaciones pueden ser usados? Haz un dibujo del mecanismo: siguientes técnicas de separación: a. Filtración. b. Decantación. a. Filtración. c. Destilación fraccionada. c. Cristalización. d. Destilación. b. Decantación. d. Evaporación. 4. Completa las frases siguientes: 10.¿Cómo comprobarías que una planta verde, tales como el perejil o las hojas de espinaca, se forman por varios pigmentos o colorantes? a. La se basa en la diferencia de volatilidad entre los componentes de una disolución. b. La se basa en la diferencia de densidad entre las sustancias inmiscibles. c. La se basa en la diferencia entre el tamaño de las partículas. d. La se basa en la diferencia de solubilidad de un soluto en dos solventes distintos. 5. ¿En qué se diferencia un procedimiento físico de uno mecánico? 6. El vino contiene alcohol etílico y agua, líquidos que son perfectamente miscibles, y cantidades pequeñas de otras sustancias disueltas: 95

Lección 8. SOLUCIONES ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? CONTENIDOS Las soluciones forman parte de nuestro diario vivir. 1. Componentes de una solución. Cada vez que consumimos agua, nos refrescamos 2. Proceso de disolución. en el mar, ríos y lagos, estamos en contacto con 3. Tipos de soluciones. soluciones. Al mismo tiempo, los fluidos que corren 4. Solubilidad y factores que la afectan. por nuestro cuerpo también son ejemplos de soluciones que son indispensables para nuestra INDICADORES DE LOGRO vida. 1. Identifica los componentes de una solución DESCRIPCIÓN como soluto y solvente. 2. Describe el proceso de disolución. En esta lección se estudian los componentes de una 3. Predice la interacción entre diferentes solución, el mecanismo en que las sustancias se solubilizan en otras y los factores que facilitan este solutos y solventes. proceso. 4. Clasifica las soluciones de acuerdo con la cantidad de soluto (concentración) que contienen y en función de la capacidad para disolver un soluto. 5. Explica y comprueba experimentalmente que la interacción entre el soluto y el solvente, la presión y la temperatura son factores que afectan la solubilidad. PALABRAS CLAVE Concentración, proceso de disolución, solución, soluto, solvente, solución saturada.

SOLUCIONES Química Para introducir el tema puede iniciar con una actividad demostrativa, con el objetivo de que los estudiantes observen cómo se elabora una solución y reconozcan los componentes que la conforman. ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 10 minutos) HAGAMOS UNA SOLUCIÓN Materiales 1 cucharada de azúcar. 20 mL (0.70 oz) de agua. 1 vaso plástico transparente de 170.4 mL (6 oz). 1 probeta de 25 mL o recipiente medidor de volúmenes de cocina. Procedimiento 1. Muestre a los estudiantes el azúcar y el agua. 2. Vierta 20 mL (0.7 oz) de agua en el vaso plástico. 3. Adicione la cucharada de azúcar en el vaso y agite. Pregunte al estudiantado ¿En qué estado físico estaba el azúcar y el agua?, ¿Por qué el azúcar no se observa al mezclarla con el agua? y ¿Cuál de las dos sustancias, agua o azúcar, se encuentra en menor cantidad y en mayor cantidad? 1. COMPONENTES DE UNA SOLUCIÓN La mezcla homogénea que acaba de realizar es una solución, constituida por dos sustancias (agua y azúcar) que se encuentran en diferentes proporciones y en distinto estado físico. El componente que se halla en mayor cantidad y determina el estado de la materia en la que existe la solución, se llama solvente y el que se MOLÉCULA encuentra en menor cantidad en la solución y que DE AZÚCAR se disuelve en el solvente, se llama soluto. Así, en la Actividad 1, el agua es el solvente y el MOLÉCULAS azúcar el soluto (Fig. 1), y la solución que se DE AGUA obtuvo es líquida pues el agua se encuentra en Figura 1. Solución compuesta por estado líquido. Muchas de las soluciones que moléculas del agua como solvente y utilizamos a diario se hallan en estado líquido, moléculas de azúcar, como soluto. como por ejemplo el champú, el desinfectante para pisos, las bebidas, etc. Sin embargo no todas las soluciones que se encuentran en estado líquido están conformadas por solutos sólidos. A continuación, se describe una actividad demostrativa de otro tipo de solución líquida, mejor conocida como gas-líquido (Lección 7). 97

SOLUCIONES Química ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 10 minutos) ES UN GAS Materiales 1 bebida gaseosa incolora. 1 vaso plástico transparente de 170.4 mL (6 oz). 1 probeta de 25 mL o recipiente medidor de volúmenes de cocina. Procedimiento 1. Muestre la bebida gaseosa incolora sin destapar. 2. Destápela y vierta en el vaso 50 mL (1.75 oz) de gaseosa. 3. Observe junto a sus estudiantes durante cinco minutos cómo las burbujas se desprenden del líquido. Pregunte al estudiantado: ¿Observaron burbujas en la gaseosa antes de destaparla? ¿Qué sucedió con la gaseosa al verterla en el vaso plástico? ¿Qué le sucedió luego de los cinco minutos? Interpretación La gaseosa es una solución que posee varios componentes. Uno de los principales, y que da el sabor característico a este tipo de bebidas, es el gas dióxido de carbono (CO2). Cuando destapa la gaseosa, el CO2 disuelto se visualiza en forma de burbujas. Después de los cinco minutos, la cantidad de burbujas es menor debido a que la mayoría ya ha escapado al ambiente. Las soluciones pueden contener más de un soluto. Si observa la etiqueta de la gaseosa, podrá comprobar que contiene varios componentes. A pesar de conformarse por solutos sólidos, se puede observar que contiene un soluto gaseoso. No obstante, hay soluciones líquidas en las cuales el soluto también es un líquido, como la solución de la Actividad 3. Por otro lado, existen soluciones en los otros 2 estados de la materia; por ejemplo, el aire y las aleaciones metálicas (Lección 7). 2. PROCESO DE DISOLUCIÓN Se forma una solución, cuando una sustancia se dispersa de manera uniforme, debido a que la atracción entre las moléculas del solvente y las partículas de soluto (átomos, moléculas o iones) es comparable en magnitud o es mayor, a las fuerzas intermoleculares (Lección 3) que mantienen unidas a las partículas de soluto y a las moléculas de solvente. Por ejemplo, el alcohol (CH3CH2OH) se disolvió en agua (H2O), debido a las fuerzas de atracción por puente de hidrógeno entre el alcohol y el agua (Fig. 2a), lo que permite la formación de una solución alcohólica. Otro ejemplo común, es el agua salada en la que la sustancia iónica cloruro de sodio (NaCl) se encuentra disuelta en H2O, debido a que la atracción entre los iones del soluto y las moléculas polares del H2O sobrepasan la atracción entre los iones de carga opuesta del NaCl (Fig. 2b). El agua al ser una sustancia polar, sólo es capaz de disolver otras sustancias polares y algunos compuestos iónicos, pero no puede disolver sustancias de naturaleza no polar. 98

ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 10 minutos) SOLUCIONES Química a) SOLUCIÓN ALCOHÓLICA Materiales 25 mL (0.875 oz) de agua. 15 mL (0.53 oz) de alcohol. 1 vaso plástico transparente de 170.4 mL (6 oz). 1 probeta de 25 mL o recipiente medidor de volúmenes de cocina. Procedimiento 1. Muestre a los estudiantes el agua y el alcohol. 2. Vierta en el vaso 20 mL (0.7 oz) de agua. 3. Agregue en el vaso 10 mL (0.35 oz) de alcohol y agite. Pregúnteles: ¿En qué estado físico estaban las sustancias que mezcló? ¿Por qué el alcohol no se observa al mezclarla con el agua? En contraste, las sustancias no polares sí son capaces b) de disolver solutos no polares; es decir, que “lo semejante disuelve a lo semejante”. La interacción Figura 2. a) Proceso de disolución del etanol (alcohol etílico) en soluto-solvente antes descrita se denomina agua mediante la formación de puentes de hidrógeno. b) Los solvatación. Si el solvente es el agua, esta interacción iones Na+ atraen los oxígenos cargados parcialmente negativa recibe el nombre de hidratación. (δ-) del agua y los iones Cl- a los hidrógenos con carga parcialmente positiva (δ+). 3. CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES De acuerdo con la cantidad de soluto que contienen disminuye, puesto que hay más cantidad de las soluciones (concentración), se clasifican en: solvente en comparación al soluto y su color irá  Solución concentrada: posee una cantidad acercándose al del agua por ser el solvente (Fig. 3). relativamente grande de soluto o solutos Por otro lado, las soluciones también se pueden disueltos. clasificar de acuerdo con la capacidad que tiene el  Solución diluida: posee una cantidad pequeña solvente para disolver a un soluto a una temperatura de soluto o solutos disueltos. dada: En la Actividad 4, a partir de una solución  Solución insaturada: contiene menor cantidad de concentrada sus estudiantes prepararon cuatro soluto que la que es capaz de disolver a una soluciones menos concentradas o diluidas, debido a temperatura dada; es decir, el solvente puede que al tomar una porción de la solución concentrada admitir más soluto hasta alcanzar su grado de y diluirla en una cantidad dada de solvente, saturación. disminuye la cantidad de soluto que había al inicio. Por ello, a medida que se van realizando las diferentes diluciones, el color de las soluciones 99

SOLUCIONES Química  Solución saturada: contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolver un solvente en particular a una temperatura específica.  Solución sobresaturada: contiene más soluto disuelto a cierta temperatura que el que puede haber en una solución saturada. Este tipo de soluciones no son muy estables y con el tiempo una parte del soluto se separa en forma de cristales. Diluida Concentrada Figura 3. Soluciones con diferente cantidad de soluto, es decir, diferentes concentraciones formadas a partir de la dilución de una solución saturada. ACTIVIDAD 4. (Tiempo: 30 minutos) SE DECOLORA Materiales por grupo 1 sobre de refresco en polvo o colorante para alimentos. 1 L de agua. 1 cuchara pequeña. 5 vasos plásticos transparentes de 170.4 mL (6 oz). 1 probeta de 25 mL, recipiente medidor de volúmenes o jeringa de 10 mL (10 cc). 1 regla de 20 cm. 1 plumón permanente. Procedimiento Indique a los estudiantes que: 1. Formen grupos de 4-5. 2. Utilizando la regla y el plumón, marquen una raya en cada vaso al medir 7 cm. 3. Rotulen los vasos del 1 al 5. 4. Viertan agua hasta la marca en el vaso 1 y agreguen cucharaditas de refresco o colorante que sean necesarias para saturar (hasta que ya no se disuelva más soluto). 5. Midan 10 mL de la solución 1, la viertan en el vaso 2 y agreguen agua hasta la marca. 6. Midan 10 mL de la solución 2, la viertan en el vaso 3 y agreguen agua hasta la marca. 7. Midan 10 mL de la solución 3, la viertan en el vaso 4 y agreguen agua hasta la marca. 8. Midan 10 mL de la solución 4, la viertan en el vaso 5 y agreguen agua hasta la marca. 9. Coloquen todas las soluciones en orden de 1 al 5 y comparen. Pregunte a sus estudiantes: ¿Cuál es la solución más concentrada? ¿Por qué?, ¿por qué el color de la soluciones va disminuyendo a medida se van realizando las diluciones? 100

SOLUCIONES Química 4. SOLUBILIDAD Y FACTORES QUE LA AFECTAN Para ello, las fuerzas intermoleculares de los Se denomina solubilidad a la capacidad del soluto componentes de la solución deben ser similares, es para disolverse en el solvente a ciertas condiciones. decir, ambos componentes de la solución deben Por ejemplo, la solubilidad de la sal (NaCl) en el agua poseer un carácter polar o no polar (Fig. 4). a 25° C es de 357.0 gramos por cada litro de agua. Así, el agua al ser una molécula polar puede disolver Esta es la cantidad máxima de NaCl que se disuelve compuestos iónicos mediante fuerzas atractivas ión- en agua para dar una solución estable a esa dipolo y, mediante puente de hidrógeno, a otros temperatura. Cada sustancia que se disuelve en el compuestos polares como el metanol; pero no agua tiene una solubilidad fija. Si no se disuelve, su puede disolver sustancias no polares como los solubilidad es cero. El grado en que una sustancia se hidrocarburos que componen la gasolina. disolverá en otra depende de los factores siguientes: En general, las sustancias no polares tienden a ser Interacciones soluto-solvente solubles en solventes no polares y los solutos iónicos La tendencia natural de las sustancias a mezclarse y polares en solventes polares. Los sólidos de red unas en otras se ve afectada por la interacción o como el diamante y el cuarzo son insolubles tanto en fuerzas de atracción entre las moléculas de solventes polares como no polares a causa de las disolvente y las partículas de soluto: cuanto mayor intensas fuerzas de enlace dentro de estos sólidos. sean las fuerzas de atracción entre el soluto y el solvente mayor será la solubilidad. Figura 4. Interacciones entre el soluto y el solvente en las soluciones. Las fuerzas de atracción entre el soluto y el solvente en una solución es lo que permite que sean solubles entre sí. Se establecen fuerzas intermoleculares similares en tipo y fuerza a las existentes entre las moléculas de soluto y entre las moléculas del solvente. 101

SOLUCIONES Química Presión que se incrementa el movimiento de las moléculas Dado que los líquidos y los sólidos son casi de soluto y de solvente, por ende aumenta el incompresibles, la presión tiene poco efecto sobre su número de interacciones, que resulta en una mayor solubilidad. En contraste, tiene un efecto importante solubilidad. Por ejemplo, cuando se prepara un té, el en la solubilidad de los gases ya que ésta aumenta al azúcar se disuelve más rápido en agua caliente que incrementar la presión del gas sobre el solvente. en agua fría. Para entender mejor este factor, supongamos que Caso contario es el de los gases, donde la solubilidad tenemos un gas distribuido entre una fase gaseosa y disminuye al aumentar la temperatura; ya que se una solución (Fig. 5). aumenta el movimiento de las moléculas de gas en la solución, permitiendo que se desprendan a la Al inicio, las moléculas se encuentran en equilibrio a superficie como burbujas. Para comprender mejor una presión determinada (P1), es decir, la velocidad a este efecto realice junto con sus estudiantes la la que se mueven las moléculas de la fase gaseosa Actividad 5. para entrar a la solución es igual a las moléculas disueltas en la solución que escapan a la fase ¿Un gas disuelto en agua? gaseosa (Fig. 5a). Al adicionar presión (P2) y Los embotelladores aprovechan el efecto de la comprimir el gas (Fig. 5b), las moléculas chocan con presión sobre la solubilidad de los gases, para más frecuencia con la superficie del líquido fabricar bebidas carbonatadas, como las cervezas y aumentando la solubilidad del gas en la solución las gaseosas que son parte del consumo diario. hasta restablecer el equilibrio. En estos productos el dióxido de carbono (CO2), se disuelve a presión elevada; para mantenerlo de esta manera, las bebidas se embotellan bajo una presión un poco mayor a la presión atmosférica (1 atm). Cuando las botellas se abren, la presión del CO2 sobre la solución se reduce y por lo tanto, la solubilidad del CO2 disminuye y se desprende de la solución en forma de burbujas. Figura 5. Efecto de la presión sobre la solubilidad de un gas. Cuando se aumenta la presión como en el recipiente de la derecha, aumenta la rapidez con que las moléculas entran en la solución, aumentando su solubilidad. Temperatura La temperatura tiene un efecto sobre la solubilidad de la mayoría de las sustancias. En el caso de solutos sólidos en agua, la solubilidad aumenta al incrementarse la temperatura de la solución, debido 102

SOLUCIONES Química ACTIVIDAD 5. (Tiempo: 30 minutos) CON CALOR NO TENGO COLOR NI CUBIERTA Material del docente Agua a temperatura ambiente (cantidad suficiente). 1 termómetro. 1 Recipiente pequeño (olla) para calentar agua. 1 Cocina pequeña. Materiales por grupo 3 dulces del mismo color (tipo botonetas). Agua a temperatura ambiente (cantidad suficiente). Hielo (cantidad suficiente). 3 vasos plásticos transparentes de 170.4 mL (6 oz). 1 hoja de papel bond tamaño carta. 1 probeta de 25 mL o recipiente medidor de volúmenes. 1 plumón permanente. Procedimiento 1. Pida a sus estudiantes que formen grupos de 4-5 personas. 2. Caliente agua en la olla pequeña hasta 60 °C. 3. Vierta con cuidado 20 mL de agua caliente en un vaso de plástico de cada grupo de estudiantes. Indíqueles que: 4. Midan 20 mL de agua a temperatura ambiente y viertan en un vaso plástico con hielo. 5. Midan 20 mL de agua a temperatura ambiente y viertan en el último vaso plástico. 6. Coloquen los tres vasos sobre la hoja de papel bond y rotulen cada vaso, utilizando el plumón indicando la temperatura a la que se encuentra el agua que contiene (caliente, ambiente y fría). 7. Agreguen en cada vaso un dulce al centro de cada vaso al mismo tiempo y observen durante un minuto. Preguntas a estudiantes: ¿Es la temperatura un factor que afecta la cantidad de colorante del dulce disuelto? ¿Cómo puede saberlo? ¿Qué diferencia hay en el movimiento de las moléculas que están a temperatura ambiente, a temperatura fría y a temperatura caliente? Interpretación El azúcar y el colorante contenidos en la recubierta del dulce, se disuelven o solubilizan más rápido en agua caliente, porque aumenta el movimiento molecular de solutos y solvente. Este incremento de movimiento permite que la interacción entre el azúcar y el agua sea mayor y las fuerzas intermoleculares de atracción que rompen los enlaces de las moléculas de azúcar sean más rápidas, aumentando la solubilidad del azúcar. 103

SOLUCIONES Química ¿Qué contiene el agua dura? El agua para uso doméstico, agrícola y para los procesos industriales se obtiene de represas o de lagos, ríos y fuentes subterráneas de origen natural. En El Salvador, la Administración Nacional de Acueductos y Alcantarillados (ANDA), abastece de mantos acuíferos que se encuentran a más de 150 metros de profundidad. Cuando el agua contiene una alta concentración de iones calcio (Ca2+), iones magnesio (Mg2+) y otros cationes (Lección 2), se llama agua dura. Estos iones no representan una amenaza para la salud en general, pero puede hacer inadecuada el agua para ciertos usos. Por ejemplo, estos iones reaccionan con los jabones, formando sales insolubles (manchas amarillas en las paredes de los baños y lavamanos), provocando que el jabón genere menos espuma. También, forma depósitos minerales (incrustaciones), produciendo menor eficiencia en los utensilios de calentamiento como las cafeteras, debido a la reducción de transferencia de calor y flujo de agua. La eliminación de estos iones que endurecen el agua se conoce como ablandamiento. No todos los sitios de abastecimiento requieren este tratamiento. En los que sí es necesario, son los que abastecen de fuentes subterráneas donde ha tenido contacto con piedra caliza y otros minerales que contienen Ca2+, Mg2+ y el ión hierro II (Fe2+). ¿Qué contiene la sangre? — La sangre, es una mezcla compuesta por células sanguíneas (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas o trombocitos) y por un líquido amarillento llamado plasma. De manera aproximada, el 55% del volumen sanguíneo corresponde al plasma y el 45% restante a las células sanguíneas. Con excepción de pocas sustancias como el Gracias al transporte de estas sustancias en el plasma, los diferentes sistemas oxígeno (O2), que se transporta unido a la del organismo realizan sus funciones. Por ejemplo, al transportar desechos hemoglobina, la mayoría de moléculas metabólicos como la urea, el sistema excretor la eliminará en los riñones requeridas por las células individuales, así como donde se produce un filtrado de la sangre que da origen a la orina, eliminando las sustancias de desecho de estas células, se del organismo la urea. transportan en la sangre disueltas en el plasma. Este componente de la sangre está formado, aproximadamente, en un 90% por agua, que actúa como un solvente polar en el cual se encuentran disueltas proteínas, gases y sales que poseen diferentes funciones en el organismo, además de una gran variedad de sustancias transportadas por la sangre. 104

SOLUCIONES Química ÓSMOSIS Ciertos materiales, incluidas muchas membranas de sistemas biológicos y sustancias sintéticas como el celofán, son semipermeables Al entrar en contacto con una disolución, estos materiales permiten el paso de algunas moléculas a través de su red de poros diminutos. Es común que moléculas pequeñas de solventes como el agua sí puedan pasar, no así moléculas o iones de soluto más grandes. El proceso espontáneo, por el cual las moléculas de solvente pasan a través de una membrana semipermeable desde una solución de baja concentración, a una solución de mayor concentración, se conoce como ósmosis. Si consideramos que una membrana semipermeable separa a dos líquidos de diferentes concentraciones, solvente y solución respectivamente, en un tubo en U (Fig. 6a), el solvente se moverá a través de la membrana hacia la solución, hasta alcanzar concentraciones iguales. En consecuencia, los niveles del líquido en los dos lados se vuelven desiguales. En algún momento, la diferencia de presión causada por la diferencia en las alturas del líquido en los dos lados, se hace tan grande que deja de haber un flujo neto de solvente (Fig. 6b). Como alternativa, podríamos aplicar presión a uno de los lados del aparato (Figura 6c), para detener el flujo neto de solvente. La presión necesaria para evitar la ósmosis es la presión osmótica de la disolución. Figura 6. Proceso de la ósmosis: a) movimiento del solvente puro o de una solución de baja concentración hacia una de alta concentración; b) el paso selectivo de las moléculas de solvente, provoca un aumento de volumen en la solución, y c) presión aplicada para detener la ósmosis (presión osmótica). 105

SOLUCIONES Química INTEGRACIÓN CON…GEOLOGÍA Las grutas, cavernas o cuevas son el resultado de la disolución de la piedra caliza en el agua subterránea ácida. El agua subterránea natural es, usualmente, ligeramente ácida debido a que disuelve el CO2 proveniente de la atmósfera o del suelo. La siguiente ecuación representa el proceso de disolución y precipitación de la calcita (CaCO3), contenida en la piedra caliza, en el agua subterránea: Agua Dióxido de Calcita en Ión calcio Ión subterránea carbono piedra caliza bicarbonato Creación de cuevas (disolución) Creación de estalactitas y estalagmitas (precipitación) El agua subterránea que contiene una alta concentración de iones calcio e iones bicarbonato, se filtra y gotea en las paredes y el techo de la cueva (Fig. 7a). A medida va goteando, parte del CO2 disuelto escapa a la atmósfera de la cueva causando que una cantidad de calcita precipite (se deposite) en el techo de la cueva (formación de estalactitas). Cuando el agua cae al suelo, se genera más pérdida de CO2 y otra pequeña cantidad de calcita precipita en el suelo de la cueva (formación de estalagmitas). Este tipo de rocas formadas por precipitación se conocen como rocas de precipitación por goteo (Fig. 7b). a) b) Figura 7. Cuevas formadas por la disolución de piedra caliza: a) El Capulin, Moncagua, departamento de San Miguel. En las paredes de la cueva se puede observar los estratos que son disueltos por el agua subterránea para la formación de esta cueva. b) Estalactitas y estalagmitas son observadas en el interior de la cueva El Espíritu Santo ubicada en Corinto, departamento de Morazán. 106

SOLUCIONES Química RESUMEN Solución: son mezclas homogéneas formadas por Soluto: es el componente de la solución que se dos o más especies químicas que no reaccionan encuentra en menor cantidad. entre sí y cuyos componentes se encuentran en una proporción variable. Solvente: es el componente de una solución que se encuentra en mayor cantidad. Solución saturada: es una solución en la cual no se disolverá más cantidad de soluto a cierta Solvatación: es el proceso mediante el cual las temperatura. moléculas de solvente rodean e interactúan con los iones o moléculas de soluto. Solubilidad: es la máxima cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura específica. . Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R. (2004). Química. La ciencia central. México: Pearson Educación. 2. Chang, R.; Collegue, W. (2003). Química. Colombia: McGraw Hill Interamericana Editores S.A de C.V. 3. IES Doña Jimena; Disoluciones, consultado en junio 2011 de http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/3eso/3ESO.htm. 4. Mancilla, C., Blanco, E., Pérez, S., Castrejón, C., Rosas, T., Propiedades de las soluciones. Consultado en junio 2011, de http://es.scribd.com/doc/16675132/2-Propiedades-de-Las-Soluciones. 5. Whitten, K., Davis, R. E., Peck, M. L,, Stanley, G. (2008). Chemistry. CENGAGE Learning. 107

SOLUCIONES Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. La glucosa, uno de los componentes del 5. ¿Por qué a algunos peces les cuesta respirar azúcar, es una sustancia sólida soluble en en el agua cuando esta se calienta durante los agua. La disolución de glucosa en agua (suero meses de estación seca? glucosado) se usa para alimentar a los enfermos cuando no pueden comer. 6. ¿Cuál de los siguientes esquemas representa En la etiqueta de una botella de suero de 500 mejor la apariencia molecular de un mL aparece: “Disolución de glucosa en agua, compuesto iónico disuelto en agua? concentración 55 gramos por litro”. ¿Cuál es el a) disolvente y cuál el soluto de esta solución? b) c) 2. El aire posee cierta cantidad de vapor de agua en su composición. Si tenemos un aire que 7. A continuación, se muestran dos contiene 2 g de vapor de agua por litro de aire, representaciones de la molécula de glucosa y y si ésta no es la máxima cantidad posible de dos de la molécula de agua. Explique por qué vapor de agua que puede contener, podemos la glucosa es soluble en agua. afirmar de ella que se trata de una disolución: a. Líquido-gas diluida y no saturada. Glucosa Agua b. Gas-gas concentrada y no saturada. c. Líquido-gas concentrada y no saturada. d. Gas-gas diluida y no saturada. 3. Indique el tipo de interacción soluto- disolvente que debería ser la más importante en cada una de las soluciones siguientes: a. Tetracloruro de carbono (CCl4) en benceno (C6H6). b. Cloruro de calcio (CaCl2) en agua. c. Etanol (CH3CH2OH) en agua. 4. El permanganato de potasio (KMnO4), tiene O una solubilidad de 6.4 gramos por cada 100 HH gramos de agua a 20 °C. A partir de este dato responda: ¿qué indica el dato de solubilidad?, y ¿cómo prepararía una solución sobresaturada? 108

Lección 9. COMPUESTOS INORGÁNICOS CONTENIDOS 1. Propiedades de compuestos inorgánicos. 2. Clasificación de acuerdo con la cantidad de elementos que contienen. 3. Nomenclatura de compuestos binarios. INDICADORES DE LOGRO ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Utiliza las propiedades de los compuestos Los compuestos inorgánicos son parte de los recursos geológicos, de los objetos de uso cotidiano, de inorgánicos para identificarlos de una manera materias primas de uso industrial, parte de la cualitativa. estructura en animales y plantas, entre otras cosas. En 2. Clasifica los compuestos inorgánicos de general, son sustancias indispensables para los seres acuerdo con la cantidad de elementos que vivos. contienen. 3. Aplica las reglas de los números de oxidación DESCRIPCIÓN para determinar el estado de oxidación de un Esta lección inicia definiendo a los compuestos elemento dentro de una fórmula química. inorgánicos y sus propiedades; se clasifican luego de 4. Escribe de manera correcta la fórmula acuerdo con la cantidad de elementos que los química de compuestos inorgánicos iónicos. conforman. 5. Utiliza los tres sistemas de nomenclatura para nombrar compuestos binarios. Finalmente, se estudia cómo nombrar a los compuestos binarios conociendo primero las reglas de PALABRAS CLAVE los números de oxidación, los sistemas de Compuestos inorgánicos, compuestos binarios, nomenclatura, finalizando con la nomenclatura de las compuestos ternarios, compuestos cuaternarios, diferentes clases de compuestos binarios. nomenclatura química.

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química 1. PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS 2. CLASIFICACIÓN INORGÁNICOS Los compuestos inorgánicos se pueden clasificar de acuerdo con la cantidad de elementos que Los compuestos inorgánicos (Lección 6), son contienen, en binarios, ternarios y cuaternarios. asociaciones de átomos de distinta naturaleza en proporciones fijas, en la cual, el carbono no Los compuestos binarios resultan de la combinación es el principal elemento. En estas sustancias, sus de dos elementos diferentes. Estos se pueden propiedades o características variarán de acuerdo al clasificar a su vez en: enlace que los forma (Lección 5). 1. Iónicos: son los compuestos que contienen un Algunas de las propiedades con las cuales podemos metal y un no metal. Ejemplos comunes son la sal identificar de manera cualitativa a los compuestos de mesa (NaCl) y la cal (CaO). Otros ejemplos son inorgánicos son: el mineral fluorita (CaF2) y el óxido férrico (Fe2O3).  El estado físico en el que se encuentran puede ser Las estructuras de estos compuestos se pueden observar en la figura 1. sólido, líquido o gaseoso.  Presentan como enlace más frecuente el iónico. 2. Moleculares: están formados por dos elementos  Sus puntos de fusión y ebullición son altos. no metálicos. Por ejemplo, el dióxido de carbono  La mayoría son inodoros. (CO2) y el agua (H2O).  Por lo general se disuelven en agua.  Son buenos conductores de electricidad. 3. Ácidos: son soluciones acuosas (Lección 8), de  Sus reacciones son rápidas. sustancias que contienen al elemento hidrógeno  Poseen bajos pesos fórmula o moleculares. y un no metal, por ejemplo el HCl, H2S, HBr, etc.  Por lo general no entran en combustión. ACTIVIDAD 1. (Tiempo: 30 minutos) IDENTIFICANDO SUSTANCIAS QUE SON INORGÁNICAS Materiales Sal de mesa, azúcar, bicarbonato de sodio, alcohol, glicerina, vinagre, cal, agua, una cuchara de plástico, una probeta de 10 mL o un recipiente medidor de volúmenes, siete vasos plásticos transparentes de 6 oz.; una cuchara de meta y fósforos o encendedor (sólo manejados por los docentes). Procedimiento 1. Pida al estudiantado que formen grupos de cuatro o cinco personas. 2. Tome una cucharada de sal con la cuchara de metal y trate de hacerla arder con los fósforos. Realice lo mismo con las otras sustancias lavando antes la cuchara. 3. Proporcione a los estudiantes cada una de las sustancias sin identificación (sin nombre). Indique a los estudiantes que: 4. Coloquen, utilizando la cuchara de plástico, una cucharada de cada una de las sustancias sólidas en un vaso plástico y alrededor de 20 mL de las sustancias líquidas. Lavar tanto la cuchara como la probeta cuando realicen la medición de una nueva sustancia. 5. Huelan cada sustancia llevando los vapores de éstos hacia su nariz con la mano (no permitir que los huelan directamente). 6. Agreguen agua en cada vaso hasta la mitad de éste y disolver la sustancia que contiene. Pregúnteles: ¿Cuáles sustancias son inorgánicas? ¿Por qué? 110

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química Los compuestos ternarios son los formados por tres elementos diferentes. Se subdividen en: 1. Iónicos: formados al menos por un metal y dos no metales. Algunas sustancias de este tipo son el fosfato de calcio (Ca3(PO4)2), presente en huesos y dientes, y la sosa (Na2CO3). 2. Ácidos: son sustancias en solución acuosa conformadas generalmente por el elemento hidrógeno, oxígeno y un no metal. Por ejemplo, el ácido de baterías (H2SO4) y uno de los ingredientes de ciertas bebidas gaseosas, el ácido fosfórico (H3PO4). En algunas ocasiones, están formados por hidrógeno, oxígeno, un metal de transición y un no metal; un ejemplo de ello es el ácido crómico (H2CrO4), usado en el cromado de metales. Finalmente, los compuestos cuaternarios son los que contienen cuatro elementos diferentes. Un ejemplo con el que está familiarizado es el bicarbonato de sodio (NaHCO3). 3. NOMENCLATURA DE COMPUESTOS BINARIOS La Nomenclatura Química se ocupa de nombrar y formular, de manera sistemática, a las substancias químicas. Los nombres asignados están estrechamente relacionados con su composición, estructura y clasificación. Dado que los átomos de los diferentes elementos, cuando se combinan entre sí, no presentan la misma capacidad de combinación, es necesario conocer el estado de oxidación de los elementos que conforman al compuesto. Números de oxidación En la lección 2 aprendió que cada átomo de un compuesto se caracteriza por un estado de oxidación, debido a los electrones ganados o perdidos (totalmente en los compuestos iónicos o parcialmente en los covalentes) con respecto al átomo aislado. El número que indica este estado se llama número de oxidación del elemento en dicho compuesto. Para asignar el número de oxidación a cada átomo en una Figura 1. Ejemplos de compuestos binarios especie química, se emplea un conjunto de reglas, que se iónicos. De arriba abajo: sal, cal, fluorita y óxido pueden resumir del modo siguiente: férrico. 111

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química 1. El número de oxidación de todos los elementos PROBLEMA 1 libres es cero, en cualquiera de las formas en que Resuelva, solicitando la participación de sus se presenten: Ca, He, N2, P4, etc. Esto sucede estudiantes, los siguientes ejercicios: porque los elementos en su estado libre no están combinados y en moléculas con átomos iguales, 1. Calcular el estado de oxidación del carbono N2, H2, etc., los electrones del enlace están en el compuesto dióxido de carbono compartidos equitativamente y no se puede CO2 asignar a ninguno de los átomos una carga. Paso 1: -2 (número de oxidación del O) 2. El número de oxidación de cualquier ión Paso 2: 2(-2) = -4 monoatómico es igual a su carga eléctrica. Así, Paso 3: C + (-4) = 0 para S2-, Cl-, Na+, K+ y Zn2+ son, respectivamente, -2, -1, 0, +1 y +2, que coinciden con sus C = +4 respectivas cargas eléctricas. Estado de oxidación del C: +4 3. El número de oxidación del H en sus compuestos 2. Calcular el estado de oxidación del azufre en es +1, excepto cuando se combina con metales, el ácido sulfúrico que es -1. En este caso, el hidrógeno al H2SO4 combinarse intenta adquirir la configuración del helio (regla del dueto); haciéndolo de dos Paso 1: +1 (número de oxidación del H) y -2 maneras, de acuerdo al tipo de elemento con el (número de oxidación del O) que se combina. Cuando es un no metal, estos Paso 2: 2(+1) = +2 poseen mayor electronegatividad (Lección 5), dándose un enlace covalente en el cual el 4(-2) = -8 hidrógeno adquiere una carga parcial de +1. Paso 3: +2 + S + (-8) =0 Cuando se combina con un metal, se da un enlace iónico y es el metal quien transfiere un electrón al S = -2 + (+8) hidrógeno proporcionándole una carga de –1 (Na+ Estado de oxidación del S: +6 H-). 3. Calcular el estado de oxidación del Mn en el 4. El número de oxidación del O en sus compuestos ión permanganato es -2, excepto en los peróxidos, que es -1. ���������������������−��� 5. El número de oxidación de los metales alcalinos es Paso 1: -2 (número de oxidación del oxígeno) siempre +1 (por ejemplo, K+), debido a que para Paso 2: 4(-2) = -8 completar su octeto (Lección 2), deben perder el Paso 3: Mn + (-8) = -1 electrón que poseen en su capa de valencia. Mn = +8 + (-1) 6. El número de oxidación de los metales Estado de oxidación del Mn: +7 alcalinotérreos es siempre +2 (por ejemplo Ca+2). Al igual que los elementos del grupo I, los metales 4. Calcular el estado de oxidación del azufre en alcalinotérreos para adquirir configuración de gas el trióxido de azufre: noble deben perder electrones; en este caso, los 2 SO3 que contienen en su capa de valencia, lo que hace que adquieran una carga de +2. Paso 1: -2 (número de oxidación del O) Paso 2: 3(-2) = -6 7. El número de oxidación del F en sus compuestos Paso 3: S + (-6) =0 es siempre -1. No obstante, para los demás halógenos varía desde ±1 a +7, siendo positivo S = +6 Estado de oxidación del S: +6 112

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química cuando se combina con el O o con otro Ca2+ Cl- = CaCl2 halógeno más electronegativo. 8. La suma algebraica de los números de oxidación Al3+ y O2- se combinan para formar Na2O de los átomos de una molécula es cero y, si se trata de un ión, será igual a la carga del ión. Al3+ O2- = Al2O3 Con los pasos que a continuación se presentan, H+ y − se combinan para formar H3PO4 puede determinar el estado de oxidación de un elemento en una formula química: H+ (PO4)3- = H3PO4 Paso 1: Escribir el número de oxidación que se conozca. ¿El polvo de hornear también apaga el fuego? Paso 2: Multiplicar cada número de oxidación por El bicarbonato de sodio (NaHCO3), se usa el número de átomos del elemento en el principalmente en la repostería como polvo de compuesto. hornear, donde reacciona con otros Paso 3: Escribir una ecuación que indique la suma componentes para liberar CO2, ayudando a la de todos los números de oxidación en el masa a elevarse, dándole sabor y volumen. Los compuesto. compuestos ácidos que inducen esta reacción incluyen bitartrato de potasio (KC4H5O6, también Escritura de fórmulas químicas conocido como crema de tártaro), jugo de limón, Al escribir fórmulas químicas de compuestos yogur, ácido acético (C2H4O2). Este mismo iónicos, los cationes (metales) se escriben primero compuesto que conforma al polvo de hornear se y los aniones (no metales) al final. Si los iones de la encuentra en algunos extintores de fuego, sustancia tienen la misma carga, la fórmula debido a que puede ayudar en el manejo inicial contiene un átomo de cada ión: de incendios eléctricos o por grasa en la cocina, ya que cuando el NaHCO3 se calienta, emite CO2, Na+ y Cl- se combinan para formar NaCl lo que ayuda a apagar las llamas; es decir, que el Na+ Cl- = NaCl CO2 proveniente del NaHCO3 que ayuda a darle volumen a la repostería también puede ayudar a Mg2+ y S2- se combinan para formar MgS extinguir el fuego. Mg2+ S2- = MgS Sistemas de nomenclatura Cu+ y OH- se combinan para formar CuOH Se aceptan tres tipos de nomenclaturas para Cu+ (OH)- = CuOH nombrar compuestos químicos inorgánicos: Por otro lado, si las cargas no son iguales, se deben 1. Nomenclatura sistemática. Para nombrar de equilibrar las cargas positivas y las negativas este modo se usan prefijos numéricos, utilizando la regla de cruz. En esta regla, se cruza la excepto para indicar que el primer elemento carga de cada ión para escribir el número de de la fórmula sólo aparece una vez (mono) o átomos de cada elemento que contendrá la cuando no puede haber confusión posible fórmula del compuesto. Así, la carga de un ión debido a que tenga una única valencia (Tabla pasa a ser el subíndice del otro ión. Por ejemplo: 1). Ca2+ y Cl- se combinan para formar CaCl2 113

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 30 minutos) BLOQUES INORGÁNICOS Materiales Cuatro bloques de cartulina o cartoncillo de una, dos y tres entradas (como el de la derecha) y cuatro bloques de uno, dos y tres puntas (como el de l como el de la izquierda), cuaderno de apuntes y lápiz. Procedimiento Tomando en cuenta las reglas de oxidación indique a los estudiantes que: 1. Los bloques de una punta representan elementos con estado de oxidación +1 (metales alcalinos), los de 2, con estado de oxidación +2 (alcalino térreos) y los de 3, iones boro y aluminio. Escribir estas cargas sobre cada bloque, según corresponda. 2. Los bloques de una entrada a los elementos con estado de oxidación -1 (halógenos), los de 2 elementos con estado de oxidación -2 (grupo 16) y los de 3 iones fósforo y arsénico. Escribir estas cargas sobre cada bloque, según corresponda. 3. Formen las siguientes combinaciones: litio con flúor, calcio y azufre, boro y fósforo, potasio y oxígeno, aluminio y bromo; sodio, estroncio y arsénico, hidrógeno y yodo, bario y cloro, aluminio y azufre. 4. Traten de que las piezas queden bien unidas y que no quede ni un espacio sin pieza a la que se acople. 5. Escriba las fórmulas de los compuestos que formaron. Pregunte al estudiantado: ¿En todos los compuestos utilizó un ión y un catión? ¿En qué casos no fue así y qué hizo para completar el bloque? Tabla 1. Prefijos griegos utilizados en la nomenclatura 3. Nomenclatura tradicional: Aquí se indica la valencia del elemento que forma el compuesto sistemática con una serie de prefijos y sufijos. En adelante, cuando sólo tiene una valencia se usa el sufijo Prefijos Número -ico, cuando tiene dos valencias diferentes se usan (de menor a mayor valencia): -oso e -ico. Si mono- 1 tiene tres distintas valencias se usan (de menor a mayor): di- 2 tri- 3 tetra- 4 penta- 5 hexa- 6 Prefijo Sufijo hipo- -oso hepta- 7 -oso -ico octa- 8 nona- (o eneá) 9 deca- 10 2. Nomenclatura stock o IUPAC: En este caso, Y cuando tiene cuatro se utilizan (de menor a cuando el elemento que forma el compuesto mayor): tiene más de una valencia, se indica en números romanos al final y entre paréntesis. Prefijo Sufijo Normalmente, a menos que se haya hipo- -oso simplificado la fórmula, la valencia puede verse -oso en el subíndice del otro átomo. -ico per- -ico 114

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química Nomenclatura de compuestos binarios Para nombrar, clasificar y escribir los compuestos químicos correctamente, se utilizan los sistemas de normas y reglas arriba descritos. A continuación, se presenta cómo nombrar a los compuestos binarios de acuerdo con familias o grupos. Hidruros  Hidruros metálicos. Son compuestos binarios formados por hidrógeno con un metal. Se nombran con la palabra hidruro. Su fórmula general es MHx (x=valencia del metal) La nomenclatura stock es la más frecuente: Ejemplo Nomenc. Nomenc. Nomenc. sistemática IUPAC tradicional KH monohidruro hidruro de hidruro de potasio potasio potásico hidruro trihidruro de hidruro de niquélico NiH3 níquel níquel (III) hidruro hidruro de plúmbico PbH4 tetrahidruro plomo (IV) de plomo  Hidruros no metálicos. Son aquellos compuestos binarios constituidos por hidrógeno y un no metal. El hidrógeno siempre usa valencia 1-. Hay varios de ellos que tienen nombres especiales mucho más usados que los sistemáticos: Ejemplo Nombre más usado NH3 amoníaco o trihidruro de nitrógeno PH3 fosfina o trihidruro de fósforo BH3 borano o trihidruro de bario AsH3 arsina o trihidruro de arsénico SbH3 estibina o trihidruro de antimonio CH4 metano o tetrahidruro de carbono SiH4 silano o tetrahidruro de silicio H2O agua o dihidruro de oxígeno Hidrácidos Son aquellos hidruros no metálicos que forman disolución ácida en agua, se nombran de forma diferente según si están disueltos o en estado puro. Son los formados con S, Se, Te, F, Cl, Br, I. Si están puros se nombran de la forma -uro de hidrógeno y si están disueltos ácido -hídrico. 115

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química Ejemplo en estado puro en disolución HF fluoruro de hidrógeno ácido fluorhídrico HCl cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico HBr bromuro de hidrógeno ácido bromhídrico HI yoduro de hidrógeno ácido yodhídrico H2S sulfuro de hidrógeno ácido sulfhídrico H2Se seleniuro de hidrógeno ácido selenhídrico H2Te telururo de hidrógeno ácido telurhídrico Óxidos  Óxidos básicos. Son aquellos óxidos que se producen entre el oxígeno y un metal. Su fórmula general es M2Ox, y si la valencia del metal es par, se simplifica. La nomenclatura stock es la más frecuente. Ejemplo Nomenc. sistemática Nomenc. IUPAC Nomenc. tradicional K2O monóxido de dipotasio óxido de potasio óxido potásico Fe2O3 trióxido de dihierro óxido de hierro (III) óxido férrico Fe3O4 tetraóxido de trihierro óxido de dihierro (III) e hierro (II) óxido ferroso diférrico SnO2 dióxido de estaño óxido de estaño (IV) óxido estánnico En algunos óxidos llamados óxidos dobles (Fe3O4, Pb3O4), los átomos del elemento que forma el óxido tienen diferente valencia (FeIIFeIII2O4=Fe3O4).  Óxidos ácidos o anhídridos. Son aquellos formados por la combinación del oxígeno con un no metal. Su fórmula general es N2Ox (N es el no metal), si se puede se simplifica. En este caso, la nomenclatura tradicional emplea la palabra anhídrido en lugar de óxido a excepción de un par de óxidos de nitrógeno como se muestran más adelante. La nomenclatura sistemática es la más frecuente. Ejemplo Nomenc. sistem. Nomenc. IUPAC Nomenc. tradicional F2O monóxido de diflúor óxido de flúor anhídrido hipofluoroso (excepción de la norma general de la nomenclatura tradicional) SO3 Cl2O7 trióxido de azufre óxido de azufre (VI) anhídrido sulfúrico heptóxido de dicloro óxido de cloro (VII) anhídrido perclórico En el caso de los óxidos de nitrógeno, la nomenclatura tradicional es peculiar: N2O óxido nitroso NO óxido nítrico N2O3 anhídrido nitroso NO2 peróxido de nitrógeno N2O5 anhídrido nítrico Sales binarias Se obtienen sustituyendo los hidrógenos de los hidrácidos por un metal. También hay otros no metales que forman sales iónicas como el boro, el silicio y el nitrógeno. Su nombre empieza por el no metal terminado en -uro. La nomenclatura stock es la más frecuente. 116

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química Ejemplo Nomenclatura sistemática Nomenclatura stock Nomenclatura tradicional CaF2 difluoruro de calcio fluoruro cálcico FeCl3 tricloruro de hierro cloruro de hierro (III) cloruro férrico CoS monosulfuro de cobalto sulfuro de cobalto (II) sulfuro cobáltico  Peróxidos. Son aquellos compuestos binarios que contienen el Grupo peroxo (-O-O-), es decir, O22-. Se nombran con la palabra peróxido tanto en nomenclatura stock como en la tradicional, la sistemática sigue la regla general de los prefijos numéricos. Se los suele reconocer en la fórmula en que aparentemente el oxígeno sólo tiene valencia 1. El grupo peróxido no se simplifica si de esta forma sólo apareciese un átomo de oxígeno en la fórmula, como ocurre en el agua oxigenada, que también es un nombre especial que no sigue las reglas normales de la nomenclatura tradicional. Ejemplo Nomenclatura H2O2 peróxido de hidrógeno CaO2 peróxido de calcio o cálcico ZnO2 peróxido de zinc  Superóxidos. También llamados hiperóxidos, son compuestos binarios que contienen el grupo superóxido O2-. Aparentemente el oxígeno (que siempre tiene número de oxidación 2) tiene como número de oxidación -½. Se nombra como los peróxidos tan sólo cambiando peróxido por superóxido o hiperóxido. Ejemplo Nomenclatura KO2 superóxido o hiperóxido de potasio CaO4 ó Ca(O2)2 superóxido de calcio CdO4 superóxido de cadmio PROBLEMA 2. Complete la siguiente tabla escribiendo las fórmulas de los compuestos que se forman al combinar los diferentes iones o escribiendo los iones a partir de la fórmula según corresponda, y escriba el nombre de los compuestos de acuerdo con la nomenclatura stock. F- O2- Nombre del compuesto CuF2 Cr2O3 Cu2+ Cr+3 ACTIVIDAD 3. (Tiempo: 15 minutos) NOMENCLATURA QUÍMICA Materiales Cuadernos de apuntes y lápiz. Procedimiento Indique a sus estudiantes que nombren por los tres sistemas de nomenclatura los compuestos que formó en la Actividad 2. 117

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química ¿INCTóEmGoRsAeCfIÓorNmCaOyNs…e dGeEsOgLaOstGaÍAel suelo? El suelo es una capa delgada que cubre la superficie terrestre y constituye el medio de sustento y sujeción para los vegetales. Está formado por materiales obtenidos tras un proceso de alteración de la roca madre (componentes inorgánicos) y por las sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica (componentes orgánicos). Las etapas de formación de un suelo (Fig. 3), en general, son las siguientes: Figura 3. Etapas de formación del suelo con respecto al tiempo. La fracción mineral del suelo deriva directamente de material original y está constituida por fragmentos de este, unidos a sus productos de transformación, generados en el propio suelo. Este conjunto de componentes representa lo que podría denominarse el esqueleto mineral del suelo y entre estos componentes sólidos se destacan: silicatos, arcillas, óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, carbonatos, sulfatos, cloruros y nitratos. En general, los suelos se componen de silicatos con complejidades que varían desde la del sencillo óxido de silicio (cuarzo, SiO2) hasta la de los silicatos de aluminio hidratados, muy complejos, encontrados en los suelos arcillosos. Los elementos del suelo más importantes para la nutrición de las plantas incluyen el fósforo, el azufre, el nitrógeno, el calcio, el hierro y el magnesio. Algunos de estos minerales se descomponen hasta llegar a formar partículas extremadamente pequeñas. Las reacciones químicas que ocurren reducen el tamaño de estas partículas hasta que no se pueden ver a simple vista. Las partículas más pequeñas se llaman coloides y actúan como sustancias amortiguadoras, adsorben metabolitos tóxicos y antibióticos, inmovilizan cationes orgánicos, protegen físicamente a microorganismos (hábitat), adsorben los elementos nutritivos, constituyen el cemento de los agregados más o menos gruesos (naturaleza física), confieren al suelo su estructura de la cual, van a depender sus relaciones con el aire y con el agua y confieren al suelo sus propiedades de elasticidad, plasticidad, consistencia. Los coloides son los responsables de la reactividad química del suelo y su uso. 118

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química Los minerales del suelo en forma coloidal, poseen cargas negativas con las que atraen los cationes que adsorben sobre la superficie (Fig. 4). Estos cationes son esenciales para la nutrición de las plantas. Las plantas liberan iones hidronio de sus raíces ocurriendo el fenómeno conocido como “intercambio catiónico”, donde los iones hidronio reemplazan a los cationes adheridos al coloide, pasando éstos al interior de la planta donde son utilizados ya sea como parte estructural de la planta o en su metabolismo. ´ Figura 4. Intercambio catiónico entre la raíz y los coloides del suelo. En contraste, la meteorización o desgaste es la descomposición y la desintegración de rocas y minerales en la superficie de la tierra. Este proceso implica poco o ningún movimiento de las rocas descompuestas y minerales, por lo que este material se acumula. La erosión es la eliminación del degradado de rocas y minerales por movimiento agua, viento, glaciares y gravedad. Luego de que los fragmentos de rocas y minerales han sido erosionados de su lugar de origen, pueden ser transportados por los mismos agentes de erosión para eventualmente ser depositados. Estos procesos de desgaste, erosión, transporte y sedimentación, son los responsables de modificar la superficie terrestre; siendo transformaciones naturales que afectan sus propiedades y capacidad de uso, por lo que hay que realizar un adecuado manejo de éste para conservarlo. En nuestro país tenemos un problema grave de erosión y pérdida de suelos cultivables, debido a la alta deforestación. Con el aumento de lluvias debido al Cambio Climático, se ha empeorado la situación, perdiendo cada vez más los suelos que pueden ser utilizados para la agricultura, colocando al país cada vez más en riesgo de una crisis alimentaria. 119

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química RESUMEN Compuesto inorgánico: Cualquier sustancia en la Compuesto ternario: Son sustancias químicas cual dos o más elementos químicos, distintos formadas por tres clases distintas de átomos. de carbono, se combinan casi siempre en proporciones definidas. Existen excepciones Compuesto cuaternario: Son compuestos formados de algunos compuestos que contienen carbono, por cuatro tipos de elementos diferentes. pero carecen de enlaces C-C (por ejemplo, carbonatos, cianuros). Nomenclatura química: sSistema de normas y reglas utilizado para nombrar, clasificar y escribir los Compuesto binario: Constituidos por átomos de compuestos químicos correctamente. dos elementos distintos unidos entre sí mediante algún tipo de enlace. Si desea enriquecer más su conocimiento, consulte: 1. Corwin, Charles. Introductory Chemistry: Concepts and Critical Thinking. Pearson Education. 2. Grimaldi, D., Gutiérrez, X. (2007). CUADERNO DE APUNTES: QUÍMICA INORGÁNICA Nivel IV. Programa Jóvenes Talentos. 3. Katz, David, Formula writing and nomenclature of inorganic compounds, Consultado en julio 2011 de http://www.chymist.com/Formula.pdf 4. Whitten, K., Davis, R. E., Peck, M.L., Stanley, G. (2008). Chemistry. CENGAGE Learning. 120

COMPUESTOS INORGÁNICOS Química ACTIVIDAD EVALUADORA 1. Determina el número de oxidación para el elemento subrayado en cada una de las siguientes fórmulas: a. BaCO3 b. PCl5 c. K2Cr2O7 d. ClO4- 2. Escriba las fórmulas de los compuestos que se forman al combinar los diferentes iones de la tabla Br- O-2 NO3- PO4-3 CO3-2 K+ Mg+2 3. Clasifica los siguientes compuestos como binario, terciario o cuaternario 4. Indica qué tipo de compuesto binario es cada una de las siguientes sustancias de acuerdo con su fórmula química a. PBr3 b. CO c. AsF3 d. PH3 5. Completa la siguiente tabla: Fórmula N. sistemática N. stock N. tradicional AuH3 Hidruro de plomo (II) Cloruro férrico Na2O Monóxido de diflúor KBr 121

Lección 10. COMPUESTOS ORGÁNICOS CONTENIDOS ¿POR QUÉ ES IMPORTANTE? 1. Hibridación del átomo de carbono. Los compuestos orgánicos son los constituyentes 2. Características generales de los compuestos principales de los productos que consumimos a diario, tanto naturales (azúcares, lípidos, etc.), como los orgánicos. productos sintéticos (plásticos, insecticidas, etc.). 3. Estereoquímica. Además, los compuestos orgánicos forman parte de la 4. Hidrocarburos. composición de los organismos vivos con funciones 5. Grupos funcionales. relevantes como el ADN y las enzimas. 6. Biomoléculas. DESCRIPCIÓN INDICADORES DE LOGRO La lección inicia explicando las hibridaciones que 1. Reconoce las diferentes hibridaciones del adquiere el carbono para poder enlazarse y formar la gran diversidad de compuestos orgánicos existentes. átomo de carbono de acuerdo con los Luego, se enumeran las características generales de enlaces que posee. estos compuestos y se instruye en el estudio de estas 2. Reconoce las características generales de los moléculas en tres dimensiones. Se continúa con la compuestos orgánicos y las utiliza para clasificación de los compuestos orgánicos y los grupos reconocerlos. funcionales que pueden poseer para finalizar 3. Construye modelos moleculares e identifica reconociendo estos grupos en las Biomoléculas. si la sustancia es quiral o aquiral. 4. Clasifica los hidrocarburos en alcanos, alquenos, alquinos o aromáticos. 5. Identifica los grupos funcionales en una molécula orgánica y conoce las propiedades que le confiere. 6. Describe la composición y funciones de las biomoléculas. PALABRAS CLAVE Hibridación, enlace sigma, enlace pi, aquiral, quiral, hidrocarburos, grupos funcionales, carbohidratos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos.

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química 1. HIBRIDACIÓN DEL ÁTOMO DE CARBONO ACTIVIDAD 1. A medida desarrolla el contenido, llevará a cabo ésta actividad con los estudiantes. Para ello puede formar grupos de cuatro integrantes al inicio de la clase. Materiales: Cinco bolitas de durapax pintadas de negro, 12 bolitas de durapax sin pintar, cartoncillo, palillos de dientes, transportador, tabla periódica, cuaderno de apuntes, marcador rojo y lápiz. Como estudió en las lecciones 2 y 3, los átomos pregúnteles ¿por qué son 4 electrones los que el tienden a perder, ganar o compartir sus titanio transfiere al carbono? electrones de valencia de tal manera que cada uno obtiene un total de 8 electrones en su nivel Posteriormente proponga un nuevo caso, el del energético más exterior, para alcanzar la estructura metano (CH4). Para ello solicite que cinco electrónica de gas noble (regla del octeto). estudiantes pasen al frente para simular ser esta En el caso del carburo de titanio (TiC), el carbono molécula. gana los 4 electrones que el titanio pierde, es decir, Un estudiante se ubicará al centro para simular ser el que el titanio le transfiere para formar el compuesto átomo de carbono y los demás serán los hidrógenos. utilizado en la fabricación de maquinarias y Indíqueles que intenten formar la estructura del herramientas (Fig. 1). metano si cada uno de sus brazos es un electrón que ayuda a formar un enlace. Luego plantee las Figura 1. Materiales, repuestos automotrices o ambos, siguientes interrogantes ¿cómo podrían formar la hechos de TiC. molécula del metano si sólo poseen dos brazos? ¿Qué tipo de enlace posee el metano (CH4)? ¿Cómo Pida a sus estudiantes que dibujen el diagrama de forma el carbono este enlace? orbitales de estos dos átomos en su cuaderno y Pida que recuerden los electrones de valencia del subrayen con el marcador la capa de valencia. Una carbono que subrayaron en el diagrama de orbitales, vez que realizaron los diagramas pregunte ¿cuántos que intenten explicar cómo completaría su octeto el electrones de valencia tiene el Ti y el C? ¿Cuántos carbono utilizando esos 4 electrones para enlazarse electrones necesitan cada uno para completar su con 4 hidrógenos y que dibujen en su cuaderno la octeto? ¿Qué tipo de enlace forma el TiC? estructura de Lewis para este compuesto (Fig. 2). A continuación pregunte ¿de qué manera se llegó a ese arreglo con la estructura de Lewis, si el orbital 2s ya tiene 2 electrones? ¿Cómo se enlazan los orbitales del carbono con cada hidrógeno? Después, indíqueles que escriban los esquemas de Figura 2. Representaciones del enlace C-H en el metano. A la formación de iones según corresponda y luego izquierda la estructura de Lewis del metano y a la derecha su representación mediante líneas. 123

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Hibridación sp3 elaboren una estructura tridimensional de la Al formar el metano, el carbono utiliza los orbitales molécula de metano (modelo molecular). 2s y 2p para traslaparlos con el orbital 1s de cada Luego pregúnteles ¿por qué creen que el ángulo hidrógeno. Sin embargo, esto no es posible realizarlo entre los enlaces de la estructura que hicieron es la con los orbitales en su estado puro. mejor? ¿Cuál sería el ángulo de enlace que permita a Para generar esta molécula, lo que sucede es que los los electrones estén lo más separados posible? orbitales del átomo de carbono se combinan para crear nuevos orbitales llamados orbitales híbridos Teoría de la Repulsión de los Pares de Electrones de mediante un proceso llamado hibridación. En esta la Capa de Valencia (RPECV) hibridación, se combinan el orbital 2s con los tres Una forma de explicar los ángulos de enlace es orbitales 2p, mediante la promoción de un electrón mediante la RPECV, la cual indica que los pares de del orbital 2s hacia el orbital vacío 2pz. electrones de los enlaces, se repelen unos a otros, Este proceso produce 4 orbitales nuevos llamados así como los electrones y pares solitarios que se orbitales sp3 que poseen el mismo nivel de energía y encuentran alrededor del átomo central; un electrón cada uno (Fig. 3). Al poseer 4 orbitales, el generalmente están separados formando un ángulo carbono ahora sí es capaz de enlazarse con los lo más grande posible. cuatro hidrógenos por un enlace covalente simple (Lección 3). A cada uno de estos enlaces simples se le Retomando el caso del carbono cuando se enlaza llama enlace sigma (enlace σ). con cuatro átomos, un ángulo de 109.5° es la mayor separación posible de los cuatro pares de electrones Pida a sus estudiantes que utilizando una bola de contenidos en los enlaces sigma, formando durapax negra (átomo de carbono), 4 blancas estructuras tetraédricas. Así, el metano poseerá (átomos de hidrógeno) y palillos de dientes; ángulos de enlace de 109.5° (Fig. 4). + ++ Pz s px py Orbitales sp3 Orbitales puros Energía Orbitales sp3 Estado basal Estado de transición Estado hibridado Figura 3. Esquemas de hibridación sp3 del carbono. Arriba, proceso de hibridación de los orbitales puros para formar los orbitales sp3. Abajo, representación de la promoción del electrón del subnivel 2s al 2p. 124

Figura 4. Diferentes COMPUESTOS ORGÁNICOS Química representaciones del metano (realizadas con orbitales Enlace sólidos y con límites por C-H razones didácticas). El CH4 tiene geometría tetraédrica, Enlace  al usar cuatro orbitales híbridos sp3 que forman enlaces sigma con los cuatro átomos de hidrógeno. Una vez aclarado el ángulo de enlace, sus estudiantes pueden corregir su modelo molecular e intentar aplicar un proceso similar para el etileno que posee la fórmula C2H4, tomando en cuenta la teoría RPECV y pregunte ¿cómo están unidos los átomos entre sí, es decir, qué átomo va enlazado con cuál? ¿Cada carbono tendrá siempre cuatro enlaces? Hibridación sp2 La combinación de un orbital s con dos orbitales p da un conjunto de tres orbitales híbridos sp2 (Fig. 5). Los ángulos de enlace asociados a esta disposición son aproximadamente de 120°. El orbital p puro que sobra es perpendicular al plano que forman los tres orbitales híbridos. ++ + s px py Orbitales sp2 pz Energía 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2s Orbitales sp2 2s Orbital p puro 2s Estado de transición Estado hibridado Estado basal Figura 5. Esquemas de hibridación sp2 del carbono. Arriba se representa la combinación de los orbitales para formar los orbitales híbridos sp2 y, abajo, el proceso que conduce a este tipo de hibridación. Entonces, en la molécula del etileno, cada carbono debe tener tres enlaces sigma formados por orbitales híbridos sp2 con una geometría trigonal que se enlazan a los hidrógenos y a un carbono (Fig. 6). El orbital p puro sin hibridar será perpendicular a estos orbitales híbridos sp2 y paralelo al orbital p puro sin hibridar del segundo átomo de carbono. 125

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química El solapamiento de estos dos orbitales p produce un enlace pi (π, enlace doble) que se encuentra situado por encima y por debajo del enlace sigma (Fig. 6). Enlace C-C Enlace  Mitad Enlace  enlace  Figura 6. Representaciones del eteno o etileno (C2H4). En este compuesto, los átomos de carbono poseen una hibridación sp2, con ángulos de enlace trigonales de aproximadamente 120°. Sugiera a los estudiantes elaborar el orbital p puro de cada carbono con el cartoncillo para completar, corregir o ambos, su modelo del etileno. Teniendo en cuenta lo aprendido hasta el momento, propóngales realizar un tercer modelo con la molécula de acetileno (C2H2). Hibridación sp La adición de un orbital s y un orbital p da lugar a dos orbitales híbridos sp (Fig. 7), con ángulos de enlace de 180°. ++ + s px Orbitales sp py pz Energía 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2s 2s Orbitales sp Orbitales p puros Estado basal Estado de transición Estado hibridado Figura 7. Esquemas de hibridación sp del carbono, representados mediante la combinación de orbitales (arriba) y por diagrama de orbitales que denotan los estados que se dan durante este proceso (abajo). En el acetileno, cada carbono tiene dos enlaces sigma formados por su orbital híbrido sp en una geometría lineal, unidos, cada uno, a un átomo de hidrógeno y al segundo carbono. Los dos orbitales p puros sin hibridar de los átomos de carbono, son perpendiculares a su orbital híbrido sp y son paralelos a los orbitales p puros sin hibridar del segundo carbono. El solapamiento de estos 126

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química cuatro orbitales p producirá dos enlaces pi (enlace 4. Enlaces: El carbono tiene la capacidad de unirse triple) que se encuentran situados por encima y por mediante enlaces covalentes con otros átomos de debajo del enlace sigma (Fig.8). carbono y, al mismo tiempo, con otros Figura 8. Imágenes de diferentes representaciones del acetileno. En la primera se indica el ángulo de enlace de 180° y en las últimas dos se pueden observar el solapamiento de los orbitales p puros para formar los enlaces pi. Confirme que los modelos realizados por los elementos, formando grandes cadenas de estudiantes posean la geometría y los orbitales números ilimitados de átomos y, además, anillos puros realizados con el cartoncillo según de diversas formas. Esto hace posible la corresponda. existencia de millones de compuestos orgánicos. 5. Punto de fusión: Los compuestos orgánicos tienen 2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS puntos de fusión relativamente bajos. COMPUESTOS ORGÁNICOS 6. Solubilidad: Muchos compuestos orgánicos son insolubles en el agua, pero solubles en Los compuestos orgánicos son los que poseen un disolventes no polares, como hexano, benceno, esqueleto base de enlaces carbono-carbono (C-C) y éter o tetracloruro de carbono y acetona. carbono-hidrógeno (C-H). Aunque hay muchas de 7. Masa molecular: Las moléculas orgánicas son estas sustancias formadas solo por átomos de estos complejas debido a su alta masa molecular. Es el dos elementos, también existen otras que contienen caso de los plásticos, carbohidratos, ácidos adicionalmente átomos de N, O, S, P y halógenos. nucleicos (ADN), grasas, vitaminas, hormonas y A pesar de existir una gran variedad de compuestos otros. Por ejemplo, la masa molecular de una orgánicos con características peculiares, todos proteína oscila entre 12,000 y 100,000 uma, poseen ciertas propiedades comunes como: mientras que hay compuestos inorgánicos –como 1. Combustibilidad: Los compuestos orgánicos el ácido sulfúrico– cuya masa molecular es de 98 uma. generalmente son combustibles. Los derivados 8. Isomería: Una característica de los compuestos del petróleo, carbón y gas natural (llamados orgánicos es que dos o más compuestos combustibles fósiles) arden, produciendo dióxido diferentes pueden tener la misma fórmula y monóxido de carbono, carbón, agua y gran molecular. Existen dos tipos principales de cantidad de energía. isomería: 2. Densidad: Muchos compuestos orgánicos tienen a. Isómeros constitucionales: son isómeros que menor densidad que el agua, por lo que flotan sobre ella. difieren en su secuencia de enlaces, es decir, su 3. Conductividad: Debido a que el enlace entre sus conectividad o forma en que están conectados sus átomos. Esta característica juega un papel moléculas es covalente, las soluciones de los muy importante para determinar sus compuestos del carbono no se ionizan y, por propiedades físicas y químicas. tanto, no conducen la corriente eléctrica. 127

Por ejemplo, el alcohol etílico o etanol y el éter COMPUESTOS ORGÁNICOS Química dimetílico tienen la misma fórmula (C2H6O), pero el alcohol etílico es un líquido presente en ACTIVIDAD 2. (Tiempo: 30 minutos) bebidas alcohólicas y el éter dimetílico es un gas utilizado como anestésico (Tabla 1). IMÁGENES SUPERPONIBLES Tabla 1. Diferencias estructurales entre el alcohol etílico y el Materiales Un espejo pequeño, un vaso, un par de tijeras, una cuchara, éter dimetílico un frasco pequeño de plástico y cinco rectángulos de cartulina con dimensiones 20 x 10 cm. Nombre Alcohol etílico Éter dimetílico Procedimiento Fórmula C2H6O C2H6O Indíqueles que molecular CH3CH2OH CH3OCH3 1. Formen grupos de cuatro o cinco integrantes. Fórmula 2. Un estudiante sostenga el espejo y otro coloque su semi- mano izquierda de manera perpendicular frente al desarrollada espejo, como en la figura de abajo. Observen la imagen de la mano en el espejo y la dibujen en uno de los Fórmula rectángulos de cartulina. estructural 3. Sin cambiar de posición la mano (sin voltearla), desarrollada comparen si su imagen es idéntica o no. 4. Coloquen el dibujo que realizaron sobre la mano sin (2D) voltearla. 5. Realicen los pasos 1 al 5 con los objetos de los Estructura materiales. lineal Pregúnteles: Estructura ¿Qué objetos son superponibles (puesto encima del otro y que 3D sean idénticos) con sus imágenes y cuáles no? b. Estereoisómeros: son isómeros que solo se es idéntica y puede ser superpuesta, como en el caso diferencian en la orientación de sus átomos en de un vaso o un bote. Otros objetos como las tijeras el espacio. No obstante, sus átomos están y las mano (Fig. 9), poseen imágenes especulares enlazados en el mismo orden. Ejemplos de este diferentes a la del objeto original (no son idénticos), tipo de isómeros se verán en la siguiente y por lo tanto, no son superponibles. sección. 3. ESTEREOQUÍMICA DEL CARBONO La estereoquímica es el estudio de las moléculas en tres dimensiones (3D), es decir, el estudio del arreglo espacial de los átomos en las moléculas. Quiralidad y enantiomería Todos los objetos tienen imagen especular en un espejo. Para algunos objetos esta imagen especular Figura 9. Ejemplo de imágenes especulares no superponibles. 128

Cualquier objeto no superponible con su imagen COMPUESTOS ORGÁNICOS Química especular posee la propiedad de ser quiral y los que son superponibles con su imagen especular son A llamados aquirales o no quirales. Al igual que los objetos, las moléculas pueden ser B quirales o aquirales y, se consideran que dos moléculas son superponibles si se pueden poner por encima de la otra y la posición tridimensional de cada átomo de la molécula coincide con el átomo equivalente de la otra molécula. Para comprender mejor, observe los ejemplos de la figura 10, que son moléculas similares al CH4 en las cuales se han sustituido hidrógenos por algún otro átomo o grupo de átomos. Las moléculas que son imágenes especulares no superponibles se conocen como enantiómeros. Puede realizar con sus estudiantes la estructura de las moléculas de la Figura 10, utilizando bolitas de durapax de diferentes tamaños (puede sustituir por plastilina) y colores según corresponda, para representar los diferentes átomos; palillos de dientes como los enlaces y el espejo de la actividad 2 para comprobar su quiralidad. Centros quirales Lo más frecuente (pero no lo único) que conduce a la quiralidad es que un átomo de carbono esté enlazado a cuatro grupos diferentes. Este se llama átomo de carbono asimétrico o átomo de carbono quiral. Un átomo de carbono asimétrico es ejemplo de un Sin rotar Con rotación de 180° centro quiral, que es cualquier átomo que soporta varios ligandos (grupos de átomos o átomos) en una Figura 10. Estructuras de moléculas aquirales y quirales. A. el disposición espacial tal que tiene imágenes clorofluorbromometano, que es una molécula no superponible especulares no superponibles. con su imagen especular aun cuando esta se rota 180° y B. el diclorofluormetano y su imagen especular. 4. HIDROCARBUROS Estos son compuestos orgánicos que sólo poseen natural y se clasifican, de acuerdo con el tipo de dos elementos, hidrógeno y carbono. Los enlaces C-C de sus moléculas, en alcanos, alquenos, hidrocarburos son derivados del petróleo y del gas alquinos e hidrocarburos aromáticos. Sus nombres van asociados al número de carbonos que posee la cadena, abierta o cerrada. 129

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Alcanos hidrocarburos que poseen un doble enlace carbono- Los alcanos son hidrocarburos que contienen carbono (C=C) en su estructura; a la familia de los únicamente enlaces sencillos de cadena recta o alquinos, pertenecen los hidrocarburos con un triple ramificada. Si todos los átomos de carbono tienen enlace carbono-carbono (C≡C) por molécula. A los hibridación sp3, los compuestos generados compuestos que presentan estos enlaces se les pertenecen a la familia de los alcanos y en ellos denomina insaturados. todos los enlaces son simples y se les conoce como hidrocarburos saturados. Se obtienen Para nombrar los alquenos, la terminación –ano del principalmente a partir de fuentes naturales, por correspondiente alcano (con igual número de Tabla 2. Hidrocarburos de uno a 5 átomos de carbono. Cada vértice representa un carbono y cada línea un enlace C-C. Para nombrar los demás hidrocarburos se utilizan prefijos griegos hex-, hept-, oct-, non-, dec-, etc. Prefijo Alcano Alqueno Alquino Met- Metano CH3-CH3 Eteno Etino (acetileno) CH3-CH2-CH3 Propino Et- Etano Propeno 1-Butino Prop- Propano 1-Buteno 1-Pentino But- Butano 1-Penteno Pent- Pentano ejemplo, por destilación del petróleo. Algunos átomos de carbono) por -eno; en el caso de los ejemplos se muestran en la tabla 2 y cada uno, alquinos la terminación será -ino. Algunos ejemplos posee un nombre con terminación -ano. se observan en la tabla 2. Los alcanos son compuestos no polares, por lo que Estos compuestos, al igual que los alcanos, son no se disuelven en solventes no polares (Lección 8). polares. Su densidad es menor que la del agua y, sus Conforme aumenta la cadena de átomos de puntos de ebullición, fusión y la densidad, aumentan carbono, también aumentan los puntos de fusión y conforme crece el número de carbonos en la cadena. ebullición. Hidrocarburos aromáticos Los primeros cuatro alcanos están en estado En los hidrocarburos aromáticos seis átomos de gaseoso, del alcano con 5 a 10 carbonos en la carbono están unidos formando una estructura de cadena; son líquidos y a partir de 11, se encuentran anillo plano, cada uno enlazado con un solo átomo en estado sólido. de hidrógeno (u otro grupo). Su miembro más simple es el benceno (Fig. 11), los demás compuestos Alquenos y alquinos Como se ha visto anteriormente, dos átomos de carbono pueden unirse a través de un enlace sencillo o a través de enlaces múltiples, dobles o triples, para los cuales los átomos involucrados asumen una hibridación sp2 o sp, respectivamente. A la familia de los alquenos, pertenecen Figura 11. Diversas formas de representar al benceno (C6H6), compuesto base de los hidrocarburos aromáticos. 130

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química ¿Qué son los octanos de las gasolinas? número de carbonos o el anillo bencénico (Ar) La gasolina es una mezcla de hidrocarburos volátiles asociados a los grupos funcionales (grupos alquilo o que contiene cantidades variables de hidrocarburos arilo). aromáticos además de alcanos. Alcoholes Cuando se quema la gasolina en el interior del Son compuestos orgánicos que contienen el grupo cilindro del motor, la explosión debe ser tal que hidroxilo (-OH) como grupo funcional. Los alcoholes empuje al pistón de forma suave y continua. Si la se encuentran entre los compuestos orgánicos más combustión es demasiado rápida se produce una polares, ya que el grupo hidroxilo es muy polar y detonación, que hace que el pistón reciba un golpe puede formar puentes de hidrógeno. brusco y se reduzca la eficiencia del motor. El índice Algunos de los ejemplos más comunes son el alcohol de octano de una gasolina es una medida de su metílico (metanol, CH3OH), conocido como “alcohol capacidad antidetonante. de madera”, utilizado como disolvente industrial y Las gasolinas que tienen un alto índice de octano como combustible de autos de carrera; y el alcohol producen una combustión más suave y efectiva. El etílico (etanol, CH3CH2OH), a veces es llamado índice de octano de una gasolina se obtiene por “alcohol de vino”, ya que se produce de la comparación del poder detonante de la misma con fermentación de granos y hollejo de la uva o de otras el de una mezcla de los hidrocarburos isooctano y frutas que contienen carbohidratos. heptano. Al isooctano (con 8 carbonos) se le asigna un poder antidetonante de 100 y al heptano (con 7 Éteres carbonos) de cero. Una gasolina de 97 octanos se Recordando la estructura del agua, se puede pensar comporta como una mezcla que contiene el 97% de en los éteres como compuestos en los que se isooctano y el 3% de heptano. sustituyó ambos átomos de hidrógeno por grupos alquilo (hidrocarburo saturado al que se le ha poseen al menos un anillo bencénico incluido en sus quitado un hidrógeno para permitir el enlace con estructuras. otro grupo) o grupos arilo (anillo bencénico al que se le ha quitado un hidrógeno para enlazarlo a 5. GRUPOS FUNCIONALES cualquier otro grupo). Al igual que los alcoholes, los En general, una molécula orgánica consiste en un éteres son mucho más polares que los esqueleto de átomos de carbono con grupos hidrocarburos. El éter comercial es el dimetiléter especiales enlazados a este esqueleto. Estos grupos (H3C-O-CH3), que se usó como anestésico en el de átomos especiales se llaman grupos funcionales, pasado; su principal uso hoy en día es como pues representan la mayoría de sitios comunes disolvente. donde se da la reacción química. La tabla 3 muestra los grupos funcionales más Aldehídos y cetonas comunes, junto con ejemplos de cada uno. Note El grupo carbonilo, -C=O, es el grupo funcional de los que, además de los dobles enlaces C=C y los triples aldehídos y cetonas. Una cetona tiene dos grupos enlaces C≡C, hay muchos grupos funcionales que alquilo enlazados al carbonilo mientras que un contienen otros elementos además de C e H. aldehído, tiene un grupo alquilo y un átomo de Muchos de los grupos funcionales contienen no hidrógeno enlazados al grupo carbonilo. metales como O, N, Cl, F, Br, I y P. Además, tome en cuenta que en sus fórmulas generales se emplea R o R’ para denotar la cadena carbonada con cualquier 131

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Tabla 3. Resumen de grupos funcionales orgánicos. La R denota cadenas carbonadas abiertas o cerradas y pueden ser sustituidos por un anillo bencénico o un hidrógeno. Este grupo es fuertemente polar por lo que compuestos de este tipo de cadena pequeña se disuelven agua. El aldehído más sencillo es el formaldehido que, Figura 12. Ácido butírico (C3H7COOH) presente en la cuando se disuelve en agua, se conoce como mantequilla. Arriba a la derecha, la representación de formalina; sustancia utilizada para embalsamar. Este este ácido en 3D y debajo, de manera lineal. Enmarcado compuesto también es útil en la fabricación de en el cuadro está el grupo carboxilo. adhesivos y plásticos. Ésteres Por otro lado, la acetona es un disolvente muy Son compuestos orgánicos que se obtienen de la común de materiales como grasas, barnices y ciertos deshidratación de un ácido carboxílico con un materiales de caucho. Es el ingrediente activo del alcohol, es decir, de la combinación de estos dos removedor de uñas. tipos de compuestos. Aunque algunos de los ácidos de los que provienen son de olor desagradable, en Ácidos carboxílicos general los ésteres tienen olores agradables, y a ellos Los ácidos carboxílicos contienen el grupo carboxilo se deben en muchos casos las fragancias (-COOH) y son fuertemente polares. Dos ejemplos características de las frutas y flores. son el ácido fórmico, que se aisló inicialmente de las hormigas, y el ácido acético o vinagre. Por otro lado, el ácido propiónico da el aroma a los quesos de sabor fuerte y el ácido butírico da el olor a la mantequilla rancia y al queso parmesano (Fig. 12). 132

COMPUESTOS ORGÁNICOS Química Por ejemplo, el butirato de etilo, proviene de la reacción entre el ácido butírico (mencionado en el apartado anterior), y el alcohol etílico; este se encuentra presente en las piñas y se emplea como ingrediente de saborizantes artificiales (Fig. 13). Aminas y amidas Muchos compuestos orgánicos contienen nitrógeno. Las aminas con tienen los elementos carbono, hidrógeno y nitrógeno, y se derivan del amoníaco (NH3) por sustitución de uno, dos o tres átomos de nitrógeno por grupos alquilo o arilo. Las más sencillas se parecen al amoníaco en su basicidad (Lección 12) y otras propiedades. El grupo funcional que contienen es el amino (-NH2). La más conocida es la anilina (Ar-NH2), utilizada en productos agrícolas, pinturas, etc. (Figura 14). Figura 14. La anilina es el representante más común y simple de la aminas y es utilizada en el proceso de teñido. Las amidas, se preparan haciendo reaccionar un ácido carboxílico con amoníaco o con una amina. Un ejemplo de estas es la urea, que se encuentra presente en la orina y en fertilizantes (Fig. 15). Figura 13. Ejemplos de diferentes ésteres presentes en Figura 15. Fertilizante nitrogenado que contiene urea, una frutas como la piña, manzanas, guineos y uvas. amida que no contiene hidrocarburos. 133