GUÍA DE APRENDIZAJE N° 1

Área: Ciencias Naturales y Educación ambiental Asignatura: Química Grado 11º Tiempo estimado: Primer período académico 2016 Inicio: Enero 18 de 2016 Docente: Carlos Ceballos Tema: Soluciones – Compuestos Orgánicos – Hidrocarburos Saturados e Insaturados Frase de Reflexión: “El talento es algo corriente. No escasea la inteligencia sino la constancia” (Doris Lessing) Competencia: Uso comprensivo del conocimiento científico. Estándar: Reconoce las propiedades de las soluciones y diluciones por medio de la determinación de su concentración por diferentes formas y el cálculo de su pH para establecer condiciones de equilibrio, acidez y basicidad. Tópico Generativo: ¡El mundo…una mezcla! Evaluación diagnóstica: En este periodo estudiaremos dos grandes temas: Soluciones y Química Orgánica. Para aclarar interrogantes vamos a realizar una breve lectura a manera de introducción de la cual resolverás unas preguntas junto con la ayuda del profesor. Adelante… Las soluciones son mezclas homogéneas. De entre la enorme diversidad de soluciones que se conocen, las más comunes son aquellas en las que interviene el agua, denominadas soluciones acuosas. Como sabes, el agua es un líquido excepcional, indispensable para el mantenimiento de la vida en la tierra. No obstante, el uso irracional que estamos haciendo de los recursos hídricos, no es un buen augurio para la subsistencia de la vida en nuestro planeta. La química orgánica se desarrolla alrededor del carbono y sus propiedades. Ahora bien, ¿por qué es importante estudiarla? La respuesta la encontramos en todas partes. Más del 90% de la materia que constituye nuestro cuerpo es materia orgánica y por lo tanto tiene que ver con la química orgánica. El cabello, las uñas, los músculos, la piel, el código genético que describe nuestras características físicas tienen como soporte inicial moléculas orgánicas. Si miramos a nuestro alrededor, casi todo tiene que ver con la química orgánica; por ejemplo, el vestido que llevamos puesto, por lo general está hecho de materiales orgánicos, los alimentos que consumimos son sustancias orgánicas que nos proveen de las moléculas que necesitamos para poder funcionar. ¿Y qué no decir, de los incontables productos y subproductos del petróleo y el carbón, que para bien o para mal inundan nuestro mundo? Sería interminable la lista así que te invitamos a estudiar los compuestos orgánicos. Responde: a. ¿Por qué las aguas de algunos ríos son de color café, mientras que otras son negruzcas o incoloras? b. ¿Qué caracteriza la leche? c. ¿Por qué cuando se adiciona demasiado café a una taza con agua caliente, parte del café se deposita en el fondo de la taza? d. ¿Qué diferencias hay entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos? e. ¿Por qué es importante estudiar la química orgánica?

Marco conceptual

¿? PARA PENSAR…

En la naturaleza es muy raro encontrar sustancias puras o aisladas. El mundo a nuestro alrededor está hecho de mezclas, por ejemplo: el aire que respiramos, el agua de lagos y mares, diversos detergentes, perfumes, lociones y medicamentos, entre otros. LAS SOLUCIONES son mezclas homogéneas. En esta guía exploraremos algunos aspectos de las soluciones, como: por qué y cómo se forman, cómo establecer cuantitativamente su composición o cómo saber el comportamiento de una determinada solución bajo ciertas

condiciones de presión y temperatura. Finalmente, hablaremos de otro tipo especial de mezclas, los coloides, consideradas un estado intermedio entre las mezclas homogéneas y las mezclas heterogéneas. ¿NOS ACOMPAÑAS A INICIAR ESTE RECORRIDO POR EL MUNDO DE LAS SOLUCIONES? Entonces ¡EMPECEMOS!

PERO PRIMERO RESPONDE… ¿QUÉ RELACIÓN HAY ENTRE EL AGUA Y LAS SOLUCIONES? EL AGUA: ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN La molécula de agua es triatómica, es decir, está compuesta por tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos mediante enlaces covalentes polares. Estos átomos no están unidos en línea recta, sino que se ubican formando un ángulo de 104,5° (figura 1). Esta forma geométrica hace que la molécula de agua sea dipolar, con una carga negativa en el extremo donde se halla el átomo de oxígeno y cargas positivas cerca de los hidrógenos. Entre diferentes moléculas de agua se generan fuerzas de atracción medidas por estas cargas. A esta interacción

característica del agua se le conoce como puente de hidrógeno. Propiedades físicas A continuación mencionaremos algunas de las características del agua:

Punto de ebullición y punto de fusión. A nivel del mar, la temperatura de ebullición del agua es de 100 °C y la de fusión es de 0 °C. Estas temperaturas son altas si se comparan con las de otros compuestos formados por hidrógeno y un elemento no-metálico, del mismo grupo del oxígeno, como el ácido sulfhídrico (H2S), cuyos puntos de fusión y ebullición son 281 °C y 261 °C, respectivamente. Esto se debe a la capacidad del agua para formar puentes de hidrógeno.

Densidad. La densidad del agua es 1 g/cm3, cuando se encuentra a 4 °C y a 1 atm de presión. Esto quiere decir que, en 1 cm3 de agua encontramos una masa de 1 g, bajo estas condiciones de temperatura y presión. Como podrás intuir, la densidad del agua varía con la temperatura. Así, por ejemplo, a 20 °C la densidad del agua es 0,998 g/cm3. Sin embargo, cuando el agua cambia del estado líquido al sólido, en vez de contraer su volumen, como ocurre con el resto de los líquidos, se expande, disminuyendo su densidad. Esto se debe a que las moléculas se reorganizan en agregados moleculares, que ocupan más espacio. Debido a la menor densidad del hielo con respecto al agua líquida, es posible que este flote (figura 2).

Apariencia. El agua pura es incolora, inodora e insípida. Cualquier cambio en estas propiedades se debe a sustancias extrañas que están disueltas en ella. El agua para ser potable debe estar bien aireada, debe contener oxígeno en disolución, debe disolver el jabón, no debe poseer materia orgánica en descomposición, ni sustancias nitrogenadas.

Tensión superficial. Todos hemos observado a pequeños insectos caminando sobre el agua, como si la superficie del agua actuara como una capa de piel. Este fenómeno, conocido como tensión superficial, se debe a la atracción mutua que se presenta entre las moléculas de agua. Mientras las moléculas que están debajo de la superficie del agua experimentan una fuerza de atracción entre sí y en todas las direcciones, las moléculas que se encuentran en la superficie, experimentan una fuerza de atracción con otras moléculas de la superficie y con las que están ubicadas inmediatamente debajo de ellas. Esto crea un desequilibrio de fuerzas, cuyo resultado es una mayor tensión sobre la superficie del agua. La tensión superficial de un líquido hace que una gota de ese líquido tenga forma esférica.

Propiedades Químicas Las propiedades químicas del agua se pueden analizar a través del estudio de las reacciones en las que esta sustancia participa, ya sea como reactivo o como producto. Veamos algunas de ellas:

Descomposición térmica. Si bien el agua es un compuesto bastante estable frente a la acción del calor, cuando se somete a temperaturas elevadas (más de 2.000 °C), puede separarse en sus componentes.

Electrólisis. La aplicación de una corriente eléctrica directa a través del agua genera su descomposición y la liberación de hidrógeno y oxígeno gaseosos, según se ilustra en la siguiente reacción:

Reacción con óxidos. El agua reacciona con óxidos de algunos metales, produciendo el

hidróxido correspondiente. Por ejemplo:

Así mismo, reacciona con óxidos de elementos no-metales, produciendo el ácido respectivo. Por ejemplo:

Reacción con metales. El agua reacciona directamente con algunos metales de los grupos

IA y IIA, formando hidróxidos:

En otros casos, se forma un óxido, con desprendimiento de hidrógeno:

Esta reacción se usa en la industria para producir hidrógeno.

Reacción con no-metales. El agua puede reaccionar con algunos no-metales cuando se somete a temperaturas elevadas (entre 500 °C y 1.000 °C). Con el carbono, por ejemplo, produce monóxido o dióxido de carbono, según las reacciones:

CONCEPTO DE SOLUCIÓN Una solución es una mezcla físicamente homogénea, formada por dos o más sustancias que reciben el nombre de solvente y soluto.

El solvente es la sustancia que por lo general se encuentra en mayor proporción dentro de la disolución. Las soluciones más importantes son las acuosas, por lo tanto, el solvente más común es el agua

El soluto es la sustancia que, por lo general, se encuentra en menor proporción dentro de la solución. Por ejemplo, en una solución acuosa de cloruro de sodio, el agua es el solvente y la sal es el soluto.

CLASES DE SOLUCIONES Cualquier sustancia, sin importar el estado de agregación de sus moléculas, puede formar soluciones con otras. Según el estado físico en el que se encuentren las sustancias involucradas se pueden clasificar en sólidas, líquidas y gaseosas. También puede ocurrir que los componentes de la solución se presenten en diferentes estados. Así, cuando uno de los componentes es un gas o un sólido y el otro es un líquido, el primero se denomina soluto y el segundo solvente. Las soluciones también se pueden clasificar

según la cantidad de soluto que contienen, como: Diluidas: cuando contienen una pequeña

cantidad de soluto, con respecto a la cantidad de solvente presente.

Saturadas o concentradas: si la cantidad de soluto es la máxima que puede disolver el solvente a una temperatura dada.

Sobresaturadas: si la cantidad de soluto es mayor de la que puede disolver el solvente a una temperatura dada. Este tipo de soluciones

se consiguen cuando se logra disolver el soluto por encima de su punto de saturación y son muy inestables, por lo que, frecuentemente, el soluto en exceso tiende a precipitarse al fondo del recipiente.

PROCESO DE DISOLUCIÓN La incorporación de solvente y soluto para dar lugar a una solución, puede llevarse a cabo mediante un proceso químico o un proceso físico. Veamos. Disolución química: en este caso, ocurre una reacción química entre soluto y solvente. Por

ejemplo, cuando el zinc se disuelve en ácido clorhídrico, el primero se ioniza, quedando como Zn2+, mientras que el hidrógeno se reduce. Como resultado de esta interacción, las sustancias en solución son diferentes a aquellas que intervinieron originalmente.

Disolución física o solvatación: en este caso no hay transformación de las sustancias involucradas, sino que la incorporación de soluto y solvente se lleva a cabo por fuerzas de atracción intermoleculares, como los puentes de hidrógeno o las interacciones dipolo-dipolo. Si el solvente es el agua, el proceso se denomina hidratación. Por ejemplo, al disolver cloruro de sodio en agua, este se

ioniza, dando lugar a dos especies cargadas: el catión Na+ y el anión Cl-. Ambos iones se ven atraídos por los polos de las moléculas de agua, formando una especie de red, como se muestra en la figura.

SOLUBILIDAD Existe un límite para la cantidad máxima de soluto soluble en un determinado solvente. A este valor que limita la cantidad de soluto que se puede disolver en determinada cantidad de solvente se le conoce como solubilidad, y se define como la máxima cantidad de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de un solvente, a una temperatura determinada. Por ejemplo, la solubilidad del cloruro de sodio en agua a 20 °C es de 311 g/L de solución, lo que significa que a esta temperatura, un litro de agua puede contener como máximo, 311 g de NaCl. FACTORES QUE DETERMINAN LA SOLUBILIDAD La cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente, depende de los siguientes factores: Naturaleza del soluto y del solvente. Una regla muy

citada en química es: lo semejante disuelve lo semejante.. Cuando existe semejanza en las propiedades eléctricas de soluto y solvente, las fuerzas intermoleculares son intensas, propiciando la disolución de una en otra. De acuerdo con esto, en el agua, que es una molécula polar, se pueden disolver solutos polares, como alcohol, acetona y sales inorgánicas. Así mismo, la gasolina, debido al carácter apolar de sus moléculas, disuelve solutos apolares como aceite, resinas y algunos polímeros.

Temperatura

En general, puede decirse que a mayor temperatura, mayor solubilidad (Como se observa en la figura). Así, es frecuente usar el efecto de la temperatura para obtener soluciones sobresaturadas. Sin embargo, esta regla no se cumple en todas las situaciones. Por ejemplo, la solubilidad de los gases suele disminuir al aumentar la temperatura de la solución, pues, al poseer mayor energía cinética, las moléculas del gas tienden a volatilizarse. De la misma manera, algunas sustancias como el carbonato de litio (Li2CO3) son menos solubles al aumentar la temperatura.

Presión La presión no afecta demasiado la solubilidad de sólidos y líquidos, mientras que tiene un efecto determinante en la de los gases. Un aumento en la presión produce un aumento de la solubilidad de gases en líquidos. Esta relación es de proporcionalidad directa. Por ejemplo, cuando se destapa una gaseosa, la presión disminuye, por lo que el gas carbónico disuelto en ella escapa en forma de pequeñas burbujas

Estado de subdivisión

Este factor tiene especial importancia en la disolución de sustancias sólidas en solventes líquidos, ya que, cuanto más finamente dividido se encuentre el sólido, mayor superficie de contacto existirá entre las moléculas del soluto y el solvente. Con ello, se aumenta la eficacia de la solvatación. Es por eso que en algunas situaciones la trituración de los solutos facilita bastante la disolución.

LA CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES De acuerdo con la cantidad de soluto presente, tendremos soluciones diluidas, saturadas y sobresaturadas. Si bien podemos diferenciar una solución concentrada de una diluida, no podemos determinar exactamente que tan concentrada o diluida está. A continuación veremos cómo se cuantifica la cantidad de soluto presente en una solución, a través del concepto de concentración. DEFINICIÓN DE CONCENTRACIÓN La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solución. En términos cuantitativos, esto es, la relación o proporción matemática entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente o, entre soluto y solución. Esta relación suele expresarse en porcentaje.

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN Unidades físicas Porcentaje masa a masa o en peso: relaciona la masa

del soluto, en gramos, presente en una cantidad dada de solución. Teniendo en cuenta que el resultado se expresa como porcentaje de soluto, la cantidad patrón de solución suele tomarse como 100 g. Es decir, indica los gramos de soluto contenidos en cada 100 gramos de solución (masa de soluto + masa de solvente). La siguiente expresión resume estos conceptos:

Porcentaje volumen a volumen: se refiere al volumen de soluto, en mL, presente en cada 100 mL de solución. La expresión que utilizamos para calcularlo es:

Por ejemplo, ¿cuántos mL de ácido sulfúrico (H2SO4) hay en 300 mL de una solución al 20% en volumen?

Porcentaje masa-volumen o peso a volumen: representa la masa de soluto (en g) por cada 100 mL de solución. Se puede calcular según la expresión:

De donde, se obtiene que la cantidad de KOH presente equivale al 8%.

Partes por millón (ppm): para medir algunas concentraciones muy pequeñas, por ejemplo, las partículas contaminantes que eliminan los automotores o la cantidad de cloro o flúor presentes en el agua potable, se utiliza una unidad de concentración denominada partes por millón (ppm), que mide las partes de soluto presentes en un millón de partes de solución. Para soluciones sólidas se utilizan, por lo regular, las unidades mg/kg y para soluciones líquidas, mg/L

Unidades químicas Molaridad (M): es la forma más usual de expresar la concentración de una solución. Se define

como el número de moles de soluto disueltos en un litro de solución. Alternativamente, se puede expresar como milimoles de soluto disueltos en mL de solución. Matemáticamente se expresa así:

Molalidad (m): indica la cantidad de moles de soluto presentes en un kg (1.000 g) de solvente. Cuando el solvente es agua, y debido a que la densidad de esta es 1 g/mL, 1 kg de agua equivale a un litro. La molalidad se calcula mediante la expresión:

Normalidad (N): relaciona el número de equivalentes gramo o equivalentes químicos de un

soluto con la cantidad de solución, en litros. Se expresa como:

Para encontrar la normalidad de una solución, primero debemos saber cuánto pesa un equivalente gramo: Eq. - g Acido= Masa molecular del Acido # de Hidrógenos del Ácido en formula Eq. – g Hidróxido = Masa molecular Hidróxido # de (OH)-1 del Hidróxido Eq. – g Sal = Masa molecular Sal # de Cargas + de los Cationes ó # de Cargas – de los Aniones Fracción molar (X): expresa el número de moles de un componente de la solución, en relación

con el número total de moles, incluyendo todos los componentes presentes. Se calcula mediante la expresión:

MODELOS DE PROBLEMAS RESUELTOS

http://ssfe.itorizaba.edu.mx/bvirtualindustrial/index.php/quimica-1/91-library/quimica-1/322-

422-modo-de-expresar-las-concentraciones-concentracion-peso-fraccion-olar-molaridad-

molalidad-normalidad-disolucion-y-densidad

Determinar todas las expresiones de la concentración de una disolución de ácido clorhídrico del 18,43% en peso y densidad 1,130 g/ml Solución El primero de los cálculos es siempre la determinación del peso molecular del soluto, en este caso del: HCl => 1 + 35,5 = 36,5 Para completar la tabla, tenemos que tomar una cantidad de partida, que puede ser cualquiera, ya sea cantidad de disolución, soluto o incluso disolvente. En este caso vamos a tomar como referencia 1 litro de disolución, dato que colocaremos en la tabla en la correspondiente casilla:

A partir de él, determinamos la masa de la disolución partiendo de la densidad de la misma (1,13 g/ml), que es: m = v.d = 1000 . 1,13 = 1130 g De esta cantidad sabemos que el 18,43% es soluto y así: g soluto = 1130 . 0,1843 = 208,26 g soluto dato éste que colocamos en la tabla, expresándolo también en moles: n = 208,26/36,5 = 5,70 moles y con estos datos, se calcula la masa del disolvente, que la expresamos en gramos, Kilogramos y moles (en este caso al dividir los gramos entre 18, que es el peso molecular del agua) 1130 - 208,26 = 921,74 g = 0,92174 Kg = 51,21 moles Finalmente, determinamos el volumen de disolvente, aunque no lo necesitemos en la mayor parte de las ocasiones, que coincidirá numéricamente con su masa dado que la densidad del agua es 1 g/ml. Y una vez completada la tabla, podemos calcular ya cualquier expresión de la concentración. g/litro = 208,26 / 1 = 208,26 g/litro % en peso = 208,26 x 100 / 1130 = 18,43 % p.p.m. : 208260 mg soluto / 1,13 Kg disolución = 184301 p.p.m MOLARIDAD: M = 5,70 moles/1 litro = 5,70 MOLAR NORMALIDAD: N = M x v = 5,70 x 1 = 5,70 Normal molalidad: m = 5,70 moles soluto/0,92174 Kg disolvente = 6,18 molal FRACCIÓN MOLAR: X = 5,70 moles soluto / (5,70 + 51,21) = 5,70 / 56,91 = 0,100 DILUCIONES Los reactivos disponibles en el laboratorio se encuentran, por lo general, en forma de sólidos o en soluciones comerciales muy concentradas (cercanas al 100%). Con cierta frecuencia, es necesario preparar soluciones menos concentradas, a partir de estos materiales, para lo cual debemos diluirlas. Al diluir el volumen del solvente, aumenta el de la solución, mientras que el número total de moles o de moléculas del soluto permanece igual. Esto significa, que el número de moléculas o de moles del soluto al principio y al final, es el mismo.

Lo más común es que las concentraciones de las sustancias se encuentren expresadas como molaridad. Si partimos de una solución inicial n1 = M1 * V1, para obtener una segunda solución n2 = M2 * V2, debe cumplirse que el número inicial de moles sea igual al número final de moles (n1 = n2). De ahí deducimos que M1 * V1 = M2 * V2. Esta expresión es la clave para determinar el volumen final, V2, o la concentración final, M2, según sea el caso. Cuando la concentración de la solución se expresa como normalidad, podemos basarnos en una generalización de la expresión anterior: C1 * V1 = C2 * V2, en donde C indica la concentración de la solución.

Bien, haz logrado la primera meta propuesta en este periodo, culminar el tema de soluciones que es muy importante dentro de los temas que más prioriza el ICFES, felicitaciones sigue ahora en un nuevo mundo dentro de la química: La Química Orgánica… ¿será que tiene algo que ver con los alimentos orgánicos (azúcar orgánica, panela orgánica, carne orgánica, etc.), cultivos orgánicos y la descomposición de residuos orgánicos? Que este interrogante sea un reto a ser resuelto por medio de la lectura comprensiva, el debate con tolerancia y el respeto por las opiniones opuestas a las mías, teniendo presente que esta ha sido la base de la construcción del pensamiento científico… comienza…

QUIMICA ORGANICA

La química orgánica se desarrolla entonces alrededor del carbono y sus propiedades.

HIDROCARBUROS

…Y ENTONCES, ¿QUÉ SON LOS HIDROCARBUROS? Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que sólo contienen los elementos Carbono e Hidrógeno. Los compuestos orgánicos que se encuentran en el petróleo y el carbón son en gran parte hidrocarburos. Los hidrocarburos, a su vez, se dividen en grupos de acuerdo con la estructura de los compuestos: los hidrocarburos alifáticos y los hidrocarburos aromáticos. Los hidrocarburos alifáticos se dividen además en tres grupos generales: los alcanos, los alquenos y los

Los hidrocarburos son los compuestos orgánicos más sencillos, pues se componen principalmente de carbono e hidrógeno. No obstante, la gama de compuestos que se obtienen de combinar pocos elementos en diferentes arreglos estructurales es enorme. Así, tenemos hidrocarburos de cadena larga (simples o con ramificaciones), de cadena cerrada a manera de anillo, así como combinaciones de los anteriores. Igualmente, encontramos moléculas en las que una misma unidad se repite un cierto número de veces. A estos compuestos se les conoce como polímeros (poli -muchos y mero -miembros), y no son exclusivos de los hidrocarburos. De esta manera, los hidrocarburos se pueden presentar en la naturaleza en formas como el petróleo, el gas natural o las resinas vegetales. Artificialmente, algunos plásticos están compuestos por unidades de hidrocarburos.

alquinos. Empecemos entonces, describiendo las propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos alifáticos.

Clase Características de las

moléculas Fórmula general Ejemplo representativo

Alcanos o saturados

Enlaces simples sin anillos, de cadena abierta.

CnH2n+2 C2H6 o CH3-CH3 Etano

Alquenos Uno o más enlaces dobles CnH2n C2H4 o CH2=CH2 Etileno o eteno

Alquinos Uno o más enlaces triples CnH2n-2 C2H2 o CH CH Etino o acetileno

Cíclicos Anillos alifáticos saturados o insaturados

CnH2n

Aromáticos Mínimo un anillo de seis carbonos con enlaces dobles alternos.

C6H6 o benceno

Tabla 1. Clasificación general de los hidrocarburos.

HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS El término alifático proviene del griego aleiphas que significa grasa y se relaciona con una propiedad característica de estos compuestos: su insolubilidad en agua. Sin embargo, los hidrocarburos alifáticos tienen también una composición química bien definida, como veremos a continuación. HIDROCARBUROS SATURADOS: ALCANOS

Los alcanos son hidrocarburos de cadenas abiertas, ya sea sencillas o ramificadas, de carbono e hidrógeno, en las cuales los carbonos se encuentran unidos a través de enlaces covalentes simples. Esto implica que las cuatro posibilidades de enlace del átomo de carbono se encuentran ocupadas por átomos de hidrógeno y de carbono, por lo que se les conoce también como hidrocarburos saturados. Esto significa que los carbonos están saturados por átomos de hidrógeno. Su fórmula general es CnH2n+2, donde n es un número entero. Tabla 2. Estructura de los alcanos y fórmula estructural del metano (CH4) La estructura de los alcanos se deriva de esta condición, pues, los enlaces sencillos resultan de la fusión de orbitales híbridos sp3. Esto determina el ángulo que se forma entre los átomos que intervienen en dicho enlace. El alcano más sencillo es el metano (CH4), que es una molécula tetraédrica. Pues bien, los alcanos de mayor número de carbonos pueden verse como unidades tetraédricas unidas. Los enlaces establecidos entre carbono-carbono y carbono-hidrógeno son enlaces sigma (δ). Nomenclatura de alcanos El sistema usado para nombrar los hidrocarburos saturados es el IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Los alcanos se clasifican en: De cadena lineal o normal: Si los átomos de carbono se disponen uno en seguida de otro,

formando una cadena. De cadena ramificada: Si a la cadena principal se encuentran unidos radicales o grupos

sustituyentes.

C3H6 o

Para nombrar los alcanos se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Se tiene en cuenta el número de carbonos que están determinados por un prefijo como Met (1 C), et (2 C), prop (3 C), but (4 C) y la terminación o sufijo característico para los alcanos que es –ano. Al nombre de los alcanos lineales o normales se les antepone la letra n. Si se trata de un grupo alquilo, se utiliza la terminación -ilo o -il.

Cuando se trata de alcanos ramificados se identifica la cadena más larga de átomos de carbono en la molécula; ésta corresponde al alcano principal y al nombre de éste, junto con las ramificaciones, conforman el derivado del alcano principal.

Se numera la cadena principal empezando por el extremo al cual esté más cerca una ramificación o grupo sustituyente.

Para dar el nombre al compuesto, se escribe en primer lugar el nombre de los radicales o grupos sustituyentes en orden de complejidad al número de carbonos. A estos nombres se les antepone un número que indica su posición con relación a la cadena principal y se separa del nombre por un guion.

Cuando se tienen varias ramificaciones idénticas, se indica el número de veces que se repite colocando el prefijo numérico: di, tri, tetra, etc., antes del nombre del grupo sustituyente.

El orden secuencial para el nombre completo es:

Algunas definiciones que debes recordar… La nomenclatura de los compuestos orgánicos se basa en el número de carbonos que formen parte de la estructura y en el tipo y posición ocupada por los grupos funcionales presentes. Antes de mencionar las reglas para nombrar estos compuestos, es importante definir algunos conceptos básicos: Sustituyente: átomo o grupo de átomos que se

encuentran unidos a una cadena hidrocarbonada, remplazando un átomo de hidrógeno correspondiente al alcano. Por ejemplo, si en la molécula de metano (CH4), uno de los hidrógenos es remplazado por un átomo de cloro, este será un sustituyente en la molécula original.

Radical: átomo o grupo de átomos que poseen un electrón desapareado. Son altamente reactivos y suelen encontrarse como sustituyentes de moléculas mayores. Si se trata de un hidrocarburo, que ha perdido uno de los hidrógenos, el radical se denomina grupo alquilo. Por ejemplo, el radical correspondiente al metano es el grupo metilo o metil, —CH3. Observa que la terminación –ilo o -il, hace referencia a que se trata de un radical.

Número que

expresa la posición Guion

Nombre de

los radicales

Raíz que indica

número de

carbonos de la

cadena principal

Sufijo –

ano. + + + +

A continuación identificamos los sustituyentes como: un grupo metilo (—CH3), sobre los carbonos C2 y C3 y, un grupo etilo (CH3—CH2—) sobre C5.

Con base en la información anterior concluimos que el nombre correcto para este compuesto es: 2,3-dimetil-6-etil octano. Fíjate en el uso correcto de signos como los guiones y las comas. 2. Si una sustancia orgánica recibe la denominación de 2,3 dimetil-heptano, escribir la estructura correspondiente. Del nombre del compuesto se deduce inicialmente que se trata de un alcano (terminación –ano), cuya cadena principal cuenta con siete átomos de carbono (prefijo hepta-). Ahora, a partir de las indicaciones numéricas, sabemos que la cadena hidrocarbonada se halla sustituida en los carbonos 2 y 3, donde tiene un grupo alquílico metilo CH3 (2,3 dimetil). Con esta información es posible dibujar la estructura del compuesto, tal como se ilustra a continuación:

Por otro lado para nombrar a los alquenos y alquinos se debe tener en cuenta que:

Se nombran cambiando el sufijo ano de alcano por eno si es alqueno o ino si es alquino dependiendo de cada caso.

La cadena que se seleccione como la más larga debe poseer la mayor cantidad de dobles o triples enlaces si los hay.

Se enumera la cadena por el extremo más cercano al doble o triple enlace.

EJEMPLOS 1. ¿Cuál es el nombre del siguiente

compuesto, según el sistema de nomenclatura de la IUPAC?

Dado que la cadena de carbonos presenta únicamente enlaces sencillos, se trata de un alcano, por lo que el nombre debe terminar en ano. La cadena más larga es de ocho carbonos por lo tanto el alcano principal es un octano. Se observan, igualmente, algunos grupos alquílicos, a manera de sustituyentes, que se desprenden de la cadena principal, por lo que el compuesto es un octano ramificado. Numerando la cadena de izquierda a derecha, los sustituyentes están en los carbonos C2, C3 y C5, mientras que de derecha a izquierda, están en C4, C6 y C7. De acuerdo con las normas de la IUPAC, escogemos la primera opción.

1. ¿Cuál es el nombre del siguiente compuesto?

Dado que presenta un enlace triple, se trata de un alquino (sufijo -ino). La molécula presenta dos sustituyentes en el carbono número 3 y un enlace triple en el carbono 1. Por lo anterior, el nombre del compuesto es: 3,3-dimetil-1-butino.

2. ¿Cómo se nombra un compuesto que presente enlaces dobles y triples simultáneamente? Recordemos que siguiendo el orden de prioridad el grupo funcional principal es el que corresponde al doble enlace. Así, un compuesto de fórmula,

Tiene como nombre 1-penten-3- ino.

Propiedades físicas de los Alcanos, alquenos y alquinos

Propiedades Físicas: En estado puro, los alcanos son incoloros, presentan una densidad menor que la del agua y debido a su naturaleza apolar, son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos como el tetracloruro de carbono o el benceno. En cuanto al estado de agregación, a temperatura ambiente, los cuatro primeros alcanos (metano, etano, propano y butano), son gases; del pentano al heptadecano son líquidos, mientras que cadenas mayores se encuentran como sólidos. En general, a medida que aumenta el número de carbonos presentes (es decir, el peso molecular), se observa un aumento gradual en el valor de constantes físicas como los puntos de fusión y de ebullición y la densidad. Sin embargo, la presencia de ramificaciones en la cadena se relaciona con un descenso de las mismas. Por ejemplo, el pentano hierve a 36,5 °C, el isopentano (2-metilbutano) con una ramificación, hierve a 27,85 °C, mientras que el neopentano (2,2-dimetilpropano) con dos ramificaciones, hierve a 9,5 °C. Los alquenos en sus propiedades físicas, son bastante semejantes a los alcanos. A temperatura ambiente son gases los que tienen de dos a cuatro átomos de carbono; los 5 a 18 carbonos son líquidos, y los que tienen más de 18 son sólidos. Los tres primeros alquinos de la serie son gases en condiciones normales; del 2-butino hasta el tetradecino son líquidos y de ahí en adelante se encuentran en estado sólido.

EJEMPLOS 1. ¿Cuál es el nombre del siguiente compuesto?

En primer lugar, recordemos que la terminación o sufijo para referirse a los alquenos es -eno. En seguida enumeramos los carbonos, teniendo presente que la suma de las posiciones de los dobles enlaces y de los sustituyentes sea la menor posible. Teniendo en cuenta lo anterior este compuesto recibe la denominación de: 4-metil-2-octeno.

Propiedades químicas de los alcanos, alquenos y alquinos La diferencia más notable entre los alcanos, los alquenos y los alquinos es que los primeros reaccionan por SUSTITUCIÓN y entre estas las mas improtantes son las de Halogenación; mientras que los segundos y terceros por ADICIÓN.

Tipos de reacciones orgánicas de alcanos

Tipos de reacciones orgánicas de los alquenos

Tipos de reacciones orgánicas de los alquinos

Actividades de Exploración

¿Cómo afecta la concentración de sales del medio a la masa de las células?

A. Lluvia de ideas Según las indicaciones de su profesora o profesor, organícense en grupos de trabajo, planteen posibles hipótesis para el problema de investigación enunciado en el título y escríbanlas en sus cuadernos. Recuerden que en el medio intra y extracelular las moléculas se encuentran diluidas en agua, y que esta se está moviendo constantemente desde el citoplasma hacia fuera de la célula, y viceversa. B. ¡A trabajar! Realicen la siguiente actividad. Materiales: una papa, un cuchillo, balanza, dos vasos de precipitado, agua destilada, sal de mesa, una cuchara y un lápiz marcador. Procedimiento: 1. Pelen la papa y corten dos pedazos lo más parecidos posibles. Sean cuidadosas y cuidadosos al usar el cuchillo, ya que es un utensilio corto punzante que puede ocasionar graves heridas. 2. Midan la masa de cada trozo de papa y registren los datos en sus cuadernos. No olviden utilizar la unidad de medida que corresponde. 3. Llenen uno de los vasos de precipitado con agua destilada, y el otro, con agua y una cucharada sopera de sal de mesa (disuelvan la sal usando la cuchara). Rotulen los vasos, según corresponda. 4. Coloquen uno de los pedazos de papa en el vaso con agua destilada, y el otro, en el vaso con agua y sal. Escriban en cada vaso la masa del trozo de papa que colocaron en su interior. 5. Después de 30 minutos, saquen los pedazos de papa de los vasos de precipitado y vuelvan a pesarlos. Registren los resultados obtenidos. C. Analicemos los resultados Respondan las siguientes preguntas en sus cuadernos. 1. Describan el aspecto de cada trozo de papa. 2. ¿Qué ocurrió con la masa de los pedazos de papa, aumentó o disminuyó? 3. ¿A qué atribuyen los resultados obtenidos? 4. ¿Qué habrá ocurrido con la cantidad de agua al interior de las células de cada trozo de papa? Expliquen.

5. ¿Cuál fue el sentido del movimiento del agua en las células de cada pedazo de papa?, ¿por qué? 6. Comparen los resultados obtenidos con la hipótesis que plantearon inicialmente, ¿esta se corrobora?, ¿por qué? Si su respuesta es negativa, planteen una nueva hipótesis para el problema de investigación. Actividades de Investigación Guiada

1. Realice la siguiente lectura, haga un mapa conceptual sobre ella y responda las preguntas que al final se proponen sobre ella.

AGUA, UN LÍQUIDO POCO COMÚN

El agua, es quizás el compuesto químico más común para todos. Su fórmula H2O es muy conocida por su gran abundancia: el 70% del planeta Tierra está cubierto por océanos y mares, los seres vivos estamos constituidos en un gran porcentaje por este líquido, por ejemplo, el cuerpo de una medusa tiene alrededor de 90% de agua y el cuerpo humano está compuesto en un 70% por este mismo líquido. La vida es inconcebible sin la presencia del agua, se dice que donde hay agua, hay vida. Nuestro planeta es el único en el sistema solar que tiene las condiciones ambientales para albergar este compuesto en todos sus estados: vapor en las nubes, líquida en ríos, lagos, océanos..., y sólida en forma de hielo o nieve. Al ser el agua la sustancia más abundante en la superficie de nuestro planeta, podemos fácilmente pensar que es un líquido común y simple. Pero en realidad es todo lo contrario; sus propiedades físicas y químicas convierten a este líquido en el compuesto inorgánico más importante de nuestro planeta. El agua es el solvente universal por excelencia, esto quiere decir que una variedad enorme de compuestos inorgánicos y algunos orgánicos se disuelven en ella, esta propiedad permite que sucedan las reacciones propias del metabolismo de las células y, por consiguiente, la vida. El agua posee una capacidad calórica alta, lo que le permite absorber grandes cantidades de energía calórica, esta propiedad permite que actúe como termostato controlando la temperatura del planeta y de sus ecosistemas. El agua es el único compuesto cuyo estado sólido es menos denso que su estado líquido, esto significa que el hielo al ser menos denso que el agua líquida puede flotar sobre ella, formando grandes masas de hielo en los polos conocidas como icebergs, los cuales contribuyen en la regulación del clima del planeta Tierra. El ciclo del agua en el planeta permite que la superficie de la Tierra sea un sistema dinámico, que facilita intercambios de materia y energía fundamentales para el sostenimiento de la vida. El futuro de la vida en el planeta y nuestro propio futuro dependen de la conservación y el buen uso que demos a las fuentes naturales de agua. Por ejemplo, algunos países del Medio Oriente poseen fuentes de agua muy limitadas, lo cual genera conflictos políticos, sociales y económicos que pueden ocasionar guerras. Caso contrario ocurre en las regiones tropicales, zonas privilegiadas a nivel mundial por sus múltiples fuentes de agua, sin embargo, el gran problema ambiental surge en el uso indiscriminado e ineficiente que hacemos de este recurso hídrico.

Producir agua potable, es decir, agua apta para el consumo humano, requiere de procesos químicos especiales, cada litro de agua que malgastamos es un desperdicio tanto económico como de esfuerzo de otros, y lo más lamentable de la situación es saber que este tipo de agua es privilegio de pocos. En la actualidad, algunas poblaciones en el mundo no cuentan con suministro de agua potable lo que ocasiona la muerte de personas, plantas y animales por el consumo de aguas contaminadas. Aunque existen toneladas de agua en los mares y los

océanos, esta contiene niveles elevados de sales minerales que la hacen no apta para el consumo humano, sin embargo, actualmente es posible purificar agua de mar mediante un proceso basado en ósmosis inversa. Aunque este proceso a nivel industrial ha demostrado un alto grado de efectividad, el costo es muy elevado lo que lo hace limitado.

Tomado de: Hipertexto Química 2. Pag. 202 – 203. Responde: a. ¿Por qué en los polos de la Tierra puede existir agua en estado sólido y agua en estado

líquido? ¿Qué párrafo responde la pregunta? b. ¿Cómo explicarías la flotación de los bloques de hielo sobre el agua del mar? ¿Qué párrafo

responde la pregunta? c. De cada palabra que está en negrilla, busque el sinónimo que más se acerca para

mantener el sentido de la frase.

2. Analice la siguiente lectura y esquema con un compañero y resuelva:

El agua es el compuesto químico más abundante de la célula y, por lo tanto, de los seres vivos. Por ello, su transporte es muy importante, ya que tanto en el citoplasma como en el medio extracelular esta molécula cumple variadas funciones, como regular la temperatura, disolver sustancias, ser el medio para que ocurran las reacciones metabólicas, transportar nutrientes, etcétera. El transporte de agua a través de la membrana plasmática se denomina osmosis.

El principal mecanismo de transporte del agua a través de la membrana plasmática es mediante proteínas de canal, que reciben el nombre de aquaporinas. Estos canales son verdaderos poros que transportan el agua desde un medio hipotónico hacia otro hipertónico, hasta alcanzar el estado de isotonicidad (equilibrio). Podemos concluir, entonces, que la osmosis corresponde a una difusión facilitada mediada por un canal, es decir, es un transporte pasivo. a. ¿En qué compartimento se encuentran más concentrados los iones, en el A o en el B? b. ¿En cuál de los compartimentos hay más agua? c. ¿Qué sustancia se movió luego de transcurrido un tiempo, el agua o los iones? ¿Por qué? d. ¿Desde y hacia cuál de los compartimentos se movieron las partículas de la sustancia que señalaron en la pregunta anterior? Fundamente. e. ¿Qué tipo de transporte es la osmosis: Pasivo o activo? Para responder la pregunta que texto le sirve, ¿el de arriba o el de abajo del esquema? ¿Por qué?

3. Resuelva los siguientes problemas de soluciones: 1 - Determinar la concentración de una disolución de ácido sulfúrico que contiene 14,7 gramos de dicho ácido en 750 ml de agua, si su densidad es de 1,018 Kg/l. 2 - Determinar todas las expresiones de la concentración de una disolución de ácido clorhídrico del 18,43% en peso y densidad 1,130 g/ml. 3 - Determinar todas las expresiones de la concentración de una disolución de ácido nítrico 6 molal y densidad 1,15 g/ml. 4 - Determinar todas las expresiones de la concentración de una disolución de hidróxido de sodio 5,64 Molar y densidad 1,19 g/ml. 5 - Hallar la normalidad y la molaridad de una disolución acuosa de hidróxido de bario que contiene 42,8 g. en 5 litros disolución. 6 - Calcular todas las expresiones de la concentración de una disolución de ácido nítrico del 36,7% en peso y densidad 1,225 g/ml . 7 - Calcular la concentración de una disolución de hidróxido de sodio que contiene 18,5 g en 500 ml de disolución, si su densidad es 1,02 g/ml. Expresarla como MOLARIDAD y MOLALIDAD. Dibuje y nombre el material de laboratorio que necesita para preparar esta disolución. 8 - ¿Cuantos gramos de sulfato de sodio se necesitan para preparar 250 ml de una disolución 0,500 Molar?

4. Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno en sus estructuras. Estos a su vez, se dividen en alifáticos y aromáticos. Explica las diferencias que presentan estas dos subdivisiones y determina la relación que existe entre ellas y los fenómenos de saturación e instauración. Con base en la respuesta anterior. Escribe un ejemplo para cada caso. 5. Completa el siguiente cuadro de las propiedades físicas y químicas de hidrocarburos saturados e insaturados: 6. Las siguientes estructuras son ejemplos de hidrocarburos insaturados. Establece el nombre, la clase de enlace y el tipo de reacciones que presentan:

7. Rompecocos Hallar la normalidad y la molaridad de una disolución acuosa de hidróxido de bario que contiene 42,8 g. en 5 litros disolución. ¿Qué cantidad de la misma se necesita para preparar 500 ml de una disolución 0,02 M? 8. Nombre los siguientes compuestos: a. b.

c.

d.

9. Completa las siguientes tablas y soporte con los cálculos necesarios:

SUSTANCIA N LITROS DE SOLUCIÓN

EQUIVALENTE/GRAMO GRAMOS DE SUSTANCIA

H2SO4 0,65 2

Ca(OH)2 20 10

H3PO4 0,70 20

SUSTANCIA M LITROS DE SOLUCIÓN

MOLES DE SOLUTO

GRAMOS DE SOLUTO

HBr 3,5 1,5

H2SO3 2 30

HNO3 0,5 63

10. Arme las siguientes estructuras en su cuaderno y escriba al frente del nombre si es alqueno o alquino. 1) 2-METIL-2-BUTENO 2) 4-ETIL-3-n-PROPIL-1-OCTENO 3) 2,7-DIBROMO-5-SEC-BUTIL-3-HEPTINO 4) 3-ISOPROPIL-5-METIL-1-HEXINO 5) 3-TER-BUTIL-2-CLORO-5-ISOPROPIL-4-NONENO 6) 5-ETIL-5-ISOBUTIL-3-OCTINO 7) 2,3,3,4-TETRAMETIL-1-PENTENO 8) 2-BROMO-6-n-BUTIL-5-TER-BUTIL-2-DECENO 9) 1-BROMO2-BUTINO 10) 4-n-BUTIL-1-CLORO-8-ETIL-3-n-PROPIL-5-DECINO 11. Complete el siguiente cuadro:

12. Resuelva las siguientes reacciones:

1) CH2 – C C – CH3 + 2 Cl2

Nombre de la reacción_________________________________________

2) CH3 – CH – CH = CH – CH3 + H2O B

I CH3

Nombre de la reacción_________________________________________

3) A + B CH3 – CH2 – CH – CH3

|

Br Nombre de la reacción_________________________________________

4) A + B CH3 – CH = C – CH2 – CH3

. |

Cl Nombre de la reacción______________________________________

A

5) CH3 – CH = CH2 + H2O B Nombre de la reacción_________________________________________

Actividades de Síntesis 1. Lea atentamente las preguntas, resuélvalas y susténtelas a su profesor:

2. Laboratorio Soluciones: Preparar un clorox aromático aplicando en laboratorio todas las unidades de concentración. Materiales: 1. Bata 2. Guantes 3. Hipoclorito de Sodio 4. Sal de Mesa: NaCl 5. 4 Botellas plásticas de 250 o 350 mL. 6. Esencia frutal de Manzana verde, lima – limón, mandarina. 7. Cámara fotográfica o celular con cámara fotográfica. 8. Hoja de examen 9. Colores 10. Gotero 11. Cinta de enmascarar

Procedimiento: 1. Con ayuda de la balanza, mide 2 g de cloruro de sodio sobre un vidrio de reloj. 2. Pon los 2 g de sal en un vaso de precipitados de 100 mL y agrega 30 mL de agua. Agita hasta que los cristales se disuelvan totalmente. 3. Vierte 10 mL de solución en un balón aforado de 100 mL y el sobrante al de 250 mL. Con ayuda de la probeta, agrega agua hasta aforar la solución. Calcula la concentración de la solución preparada expresándola en molaridad, normalidad, molalidad, X soluto, X solvente, % P/P, % P/V. 4. Repite los pasos 1, 2 y 3 utilizando 5 g de Hipoclorito de Sodio en un balón aforado de 100 y 250 mL. Análisis de los resultados: 1. ¿Qué relación existe entre la concentración molar y la concentración normal de una solución? 2. ¿Cómo se determina la normalidad de una solución con sal? 3. ¿Cuál de las tres soluciones que preparaste presenta mayor concentración de soluto? 4. ¿Cómo se puede disminuir la concentración de una solución? 5. ¿Cómo se determinaría la fracción molar de cada una de las soluciones anteriores? 6. ¿Cuál de las sustancias en cada caso se comporta como soluto y cuál como solvente? 7. ¿Qué le sucederá a la concentración de la primera solución que preparaste si le adicionas 0,5 g de sal? 3. Actividad Práctica: Construcción de Cadenas Carbonadas Materiales: 1. Palillos de Dientes: 30 2. Palos para pincho: 6 3. Plastilina Didáctica: 6 barras azules y 6 barras amarillas. 4. ¼ de Cartón Paja 5. Un marcador permanente 6. Cámara Fotográfica 7. 1 Hojas tipo examen cuadriculada 8. Colores Procedimiento: 1. Arme esferas de color azul tamaño mediano, están representarán los átomos de Carbono. 2. Arme esferas de color amarillo tamaño pequeño, estas representarán los átomos de Hidrógeno. 3. Los palos de pincho el esqueleto de la cadena carbonada. 4. Los palillos representarán los enlaces del Carbono con el Hidrógeno y con los radicales alquílicos. 5. Después de construir las cadenas clasifique y diferencie cada carbono de la estructura de acuerdo a los tipos de carbono: primario, secundario, terciario y cuaternario. 6. Construya las siguientes estructuras en cadena lineal: a) Propano b) Pentano c) Metano d) Heptano 7. Construya las siguientes estructuras en cadena ramificada: a) 2,3 dimetil – Pentano b) 2 metil – 3 Etil – Hexano c) 3,3 dimetil – Heptano d) 2 metil – 3 Etil – terbutil – Nonano Cronograma

ACTIVIDAD FECHA EVALUACIÓN

AUTOEVALUACIÓN COEVALUACIÓN HETEROEVALUACIÓN

Actividades de exploración

Enero X

Actividades de investigación guiada

Febrero - Marzo

X X

Actividades de síntesis

Abril X X

Bibliografía GUTIÉRREZ RIVEROS, Lilia. Química 11º. Primera Edición. Bogotá: Educar Editores, 1998. 352 p.

MONDRAGÓN MARTÍNEZ, César et al. Hipertexto Química 2. Primera Edición. Bogotá: Editorial Santillana S.A., 2010. 280 p.