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GUÍA ILUSTRADA PARA EL CURSO DE QUÍMICA II
Unidad 1: Suelo, fuente de
nutrimentos para las plantas.
Unidad 2: Alimentos,
proveedores de sustancias
esenciales para la vida.
Unidad 3: Medicamentos, productos químicos para la salud.
UNAM
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE MÉXICO ESCUELA NACIONAL COLEGIO
DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL VALLEJO
CCH
Elaboró: Antonio Rodríguez Ramírez
2015
GUÍA ILUSTRADA PARA EL CURSO DE QUÍMICA II
Unidad 1: Suelo, fuente de
nutrimentos para las plantas.
Unidad 2: Alimentos, proveedores
de sustancias esenciales para la
vida.
Unidad 3: Medicamentos, productos químicos para la salud.
UNAM
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE MÉXICO ESCUELA NACIONAL COLEGIO
DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL VALLEJO
CCH
Elaboró: Antonio Rodríguez Ramírez
Revisó: Jesús Maza Álvarez. Titular C, Carlos Goroztieta y Mora. Asociado C, Lorenzo Vega Suárez. Titular C, Karla Goroztieta Rosales. Asignatura A, Braulio Eduardo Díaz Gutiérrez. Asignatura A, Osvaldo García García Asignatura A.
UNIDAD 1 SUELO
FUENTE DE NUTRIMENTOS
PARA LAS PLANTAS
I
INDICE
UNIDAD I. SUELO, FUENTE DE NUTRIMENTOS PARA LAS PLANTAS.
Ejercita lo aprendido 8
Ejercicios de autoevaluación 9 ¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS COMPONENTES SÓLIDOS DEL SUELO? 10
Mapa conceptual del apartado 10
Material orgánico 11
Material inorgánico (minerales) 11
Clasificación de minerales 13
Ejercita lo aprendido 13
Ejercicios de autoevaluación 15
¿DE QUÉ ESTA FORMADA LA PARTE INORGÁNICA DEL SUELO? 16
Mapa conceptual del apartado 16
Identificación de cationes a la flama 17
Ejercita lo aprendido 18
Ejercicios de autoevaluación ¿QUÉ SON LAS SALES Y QUÉ PROPIEDADES TIENEN?
19 20
Mapa conceptual del apartado 21
Propiedades de las sales 22
Reglas de solubilidad 23
Electrolitos y no electrolitos 23
Solvatación de los compuestos iónicos 24
Oxidación- reducción 25
Ejercita lo aprendido 26
Ejercicios de auto evaluación 27
¿CÓMO SE REPRESENTAN Y NOMBRAN LAS SALES EN EL LENGUAJE DE LA QUÍMICA?
30
Mapa conceptual del apartado 30
Nomenclatura inorgánica 31
Número de oxidación 31
Reglas para asignar números de oxidación 31
Tabla de cationes y aniones 33
Nomenclatura: sistemática, stock y tradicional 34
Ejercita lo aprendido 37
Ejercicios de autoevaluación 39
¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL SUELO? 1
Mapa conceptual del apartado 1
Funciones del suelo 2
El suelo como recurso natural 2
Ejercita lo aprendido 3
Ejercicios de autoevaluación 4
¿QUÉ ES EL SUELO? 5
Mapa conceptual 5
Fases del suelo (sólida, líquida y gaseosa) 6
II
Métodos de obtención de sales 42
Nombre y fórmula de ácidos hidróxidos y sales 44
Oxidación – reducción 44
Ejercita lo aprendido 47
Ejercicios de autoevaluación 48
¿CÓMO AYUDA LA QUÍMICA A DETERMINAR LA CANTIDAD DE SUSTANCIAS
QUE INTERVIENEN EN LAS REACCIONES DE OBTENCIÓN DE SALES? 50
Mapa conceptual 50
Masa atómica, masa molecular, masa molar y masa fórmula 51
Determinación de masas atómicas, masa molecular y masa fórmula 52
Interpretación cuantitativa de una ecuación química 53
El Mol y Número de Avogadro 54
Estequiometría 55
Ley de Proust 56
Problemas de estequiometría: relación mol – mol y masa - masa 58
Ejercita lo aprendido 62
Ejercicios de autoevaluación 66
¿QUÉ IMPORTANCIA TIENE CONOCER LA ÁCIDEZ DEL SUELO? 68
Mapa conceptual del apartado 75
Degradación del suelo 75
Fertilizantes 76
Contaminación de suelos 76
Causas de la contaminación del suelo 77
Cultivo sin suelo (hidroponía) 77
¿CUÁL ES EL ALIMENTO PARA LAS PLANTAS? ¿CÓMO MEJORAR UN SUELO DEFICIENTE EN SALES? ¿CÓMO SE OBTIENEN LAS SALES?
40
Mapa conceptual del apartado 40
Nutrientes para las plantas 41
¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales? 42
Mapa conceptual 68
Características de los ácidos y las bases 69
Tabla de indicadores El pH y su escala
69 69
Neutralización ácido - base 71
Definición de ácido y base según Arrhenius 71
Ejercita lo aprendido 72
Ejercicios de autoevaluación 73
¿PORQUÉ ES NECESARIO PRESERVAR EL SUELO? ¿ES EL SUELO UN RECURSO NATURAL INAGOTABLE?
75
III
2A UNIDAD ALIMENTOS, PROVEEDORES DE SUSTANCIAS ESENCIALES PARA LA VIDA
¿PORQUÉ COMEMOS? 79
Mapa conceptual 79
Diferencia entre comer y nutrirse 80
Obesidad y desnutrición 81
Medición del sobrepeso y la obesidad 81
Ejercita lo aprendido ¿QUÉ TIPO DE SUSTANCIAS CONSTITUYE A LOS ALIMENTOS? Mapa conceptual Los alimentos como mezclas Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos
82 84 84 85 86
Ejercita lo aprendido 87
Ejercicios de autoevaluación 88
Ejercicios de autoevaluación 97
¿QUÉ DETERMINA LAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS DEL CARBONO? Mapa conceptual del apartado
99
99
Definición de grupo funcional 100
Principales grupos funcionales: Alcoholes
100 100
Aldehídos y cetonas 100
Ácidos carboxílicos 101
Ésteres 101
Éteres 102
Aminas Amidas
102 102
Resumen de grupos funcionales 103
¿POR QUÉ EL CARBONO ES EL ELEMENTO PREDOMINANTE EN LOS ALIMENTOS?
90
Alimentación saludable 90
Mapa conceptual 91
Macro y micro nutrientes 91
Clasificación de nutrientes 92
El átomo de carbono 92
Tabla de electronegatividad de Pauling 93
Enlaces covalentes sencillos, dobles y triples 93
Fórmula molecular, desarrollada y condensada 94
Clasificación de hidrocarburos 95
Fórmulas semidesarrolladas de hidrocarburos sencillos 95
Importancia de la posición de los átomos en las moléculas 96
Ejercita lo aprendido 96
IV
Identificación de grupos funcionales en productos de uso cotidiano 104
Factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos 105
Enlaces más débiles que el enlace covalente 105
Fuerzas dipolo – dipolo, Fuerzas de dispersión de London y Enlaces puente de hidrógeno
105
Moléculas con grupos funcionales 107
Evaluación formativa Evaluación sumativa
108 109
Evaluación sumativa 125
¿QUÉ GRUPOS FUNCIONALES ESTÁN PRESENTES EN LOS NUTRIMENTOS ORGÁNICOS? ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN EN EL ORGANISMO DE LOS NUTRIMENTOS? ¿HAY RELACIÓN ENTRE LA ESTRUCTURA DE LOS NUTRIMENTOS Y SU FUNCIÓN EN EL ORGANISMO?
110
Mapa conceptual 110
Carbohidratos 111
Enlace glucosidico 111
Lípidos 111
Ácidos grasos 111
Proteínas 113
Enlace peptídico 114
Vitaminas 114
¿CÓMO SE OBTIENE LA ENERGÍA NECESARIA PARA REALIZAR LAS FUNCIONES VITALES A PARTIR DE LA OXIDACIÓN DE LAS GRASAS Y LOS CARBOHIDRATOS?
116
Energía a partir de la glucosa 116
Energía producida por la oxidación de carbohidratos 117
Oxidación de lípidos (ácidos grasos) 117
Evaluación formativa Evaluación sumativa ¿CÓMO SE CONSERVAN LOS ALIMENTOS?
118 119 121
Técnicas de conservación de los alimentos: 121
Refrigeración y congelación 121
Los aditivos 122
Esterilización Pasteurización
122 122
Deshidratación 123
Enlatado al vacio 123
Ahumado 124
Salado de alimentos 124
Recomendaciones 126
Conclusión 126
V
3A UNIDAD
MEDICAMENTOS, PRODUCTOS QUÍMICOS PARA LA SALUD 127
Mapa conceptual 128
Aspirina “legado de la medicina tradicional” 129
Síntesis de la aspirina 130
Fuentes de obtención de medicamentos Principio activo
130 131
Etapas importantes en el desarrollo de medicamentos 131
Métodos extractivos a partir de la droga 131
Importancia del análisis y síntesis químico 134
Identificación de grupos funcionales en moléculas de medicamentos 135
Tabla de algunos grupos funcionales en medicamentos 135
Grupos funcionales en medicamentos tipo aspirina 136
Relación entre la estructura molecular y las propiedades de los compuestos Evaluación formativa
137
139
Evaluación sumativa 140
Bibliografía 141
Tabla periódica de los elementos
142
1
¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL SUELO?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
Reconoce al suelo como una mezcla heterogénea a partir de la identificación de sus componentes. (N3)
MEZCLA Concepto (N2) Clasificación en homogéneas y heterogéneas (N3) El suelo como una mezcla heterogénea(N3)
Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado
es importante como
es
como
alimenta
Introducción
"Los Caras pálidas tratan a la tierra madre y al cielo padre como si fueran simples cosas que se compran, como si fueran cuentas de collares que intercambian por otros objetos. El apetito de los Caras pálidas terminará devorando todo lo que hay en las tierras hasta convertirlas en desiertos”. El párrafo anterior es un fragmento de la carta del jefe Piel Roja de Seattle, como
respuesta a la petición de compra de sus tierras, que le hizo el presidente de los
Estados Unidos de Norteamérica en 1854. Manifiesta el aprecio y respeto que las
antiguas culturas tenían sobre el medio ambiente. Otro párrafo dice: "Los Caras
pálidas no conocen las diferencias que hay entre dos terrones. Ustedes son
extranjeros que llegan por la noche a usurpar de la tierra lo que necesitan. No
tratan a la tierra como hermana sino como enemiga".
Lo anterior quiere decir que los indígenas conocían la tierra y cómo trabajarla
para obtener su alimento y reclamaban a los invasores el maltrato hacia la misma.
SUELO
Hábitat de
organismos
Amortiguador
del clima
Animales Plantas
Productor de
alimentos
Productor de fibras
para vestido y maderas
Recurso
natural
Soporte y proveedor de
nutrimentos para las plantas
2
Funciones del suelo: relaciones suelo-plantas-animales-hombres
El suelo tiene una gran importancia en el desarrollo de la humanidad; es el asiento
de la producción vegetal e indirectamente de la animal, ya que de él dependen los
animales útiles para el hombre, como vacas, cerdos, ovejas y aves de corral.
Si sus condiciones físicas y químicas son las apropiadas es el lugar adecuado
para una gran diversidad de organismos vivos. La vida del suelo juega un papel
relevante en los cambios que constantemente ocurren en él. En los suelos
abundan diversos organismos: bacterias, gusanos, insectos, roedores, hongos,
etcétera. La mayoría de las reacciones que se desarrollan en él son, directa o
indirectamente, de naturaleza bioquímica, es decir, desarrolladas por
microorganismos que habitan en él. Las actividades de los organismos varían
desde la compleja desintegración de residuos vegetales por insectos y gusanos,
hasta la descomposición completa de estos mismos por los microorganismos
(hongos y bacterias).
El suelo como un recurso natural
Los recursos naturales son materiales o productos que proporciona la naturaleza, le dan potencialidad y riqueza a una nación y son aprovechados por el hombre para su beneficio. Se clasifican en:
Renovables: son los que tienen la posibilidad de regenerarse después de un tiempo más o menos breve, como: los bosques.
No renovables: una vez agotados no pueden regenerarse, como: yacimientos minerales, combustibles fósiles y nucleares.
Debido a que la mayoría de los suelos requieren de miles de años e inclusive
millones de años para su formación (1 cm de espesor puede tardar 300 años en
formarse), una vez que han sido erosionados, resulta muy difícil recuperarlos, por
lo que se considera un recurso natural no renovable.
Por otro lado, el suelo es un amortiguador de los cambios climáticos pues amplía o
atenúa los efectos del clima, por ejemplo, atenuando los efectos de la radiación
solar al absorber una parte de ésta.
3
Ejercita lo aprendido
Para las siguientes afirmaciones escribe dentro del paréntesis (V) si es verdadero
y (F) si es falso.
( ) El suelo es un recurso que se renueva con el cultivo
( ) El papel principal que cumple el suelo es la construcción de viviendas y
carreteras
( ) La función más importante del suelo es la de productor de alimentos
( ) En el suelo ocurren procesos químicos, físicos y biológicos
( ) La función más importante del suelo es la captación y filtración de agua.
Contesta lo que se solicita:
1. Elabora un esquema o dibujo que muestre la relación suelo-plantas-
animales-hombre, en la naturaleza.
2. ¿Por qué se afirma que la función más importante del suelo es la de
productor de alimentos? Explica.
3. ¿Qué tipo de recurso es el suelo y qué se requiere para preservarlo?
4. ¿Por qué es importante el suelo para el hombre, para los animales y para
las plantas?
5. Además de la función de productor de alimentos, menciona dos funciones
más que cumpla este recurso.
4
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) La función más importante del suelo para el ser humano es:
a) la construcción de viviendas b) la construcción de carreteras c) la de productor de alimentos d) ser la vía de captación y filtración de agua
2. ( ) Sostén de las plantas y productor de alimentos son unas de las principales
funciones de:
a) la biosfera b) el suelo c) el agricultor d) la energía solar
3. ( ) El suelo es importante para el hombre, para los animales y para las plantas porque:
a) Está compuesto de arcilla y compuestos orgánicos
b) Está formado de materia orgánica e inorgánica
c) Tiene yacimientos minerales
d) Es su principal productor de alimentos
4. ( ) El suelo se considera como un recurso renovable porque:
a) Permite que crezcan diversos tipos de plantas
b) Se pueden cultivar todo tipo de vegetales
c) Tiene la posibilidad de regenerarse después de un tiempo más o menos
breve
d) Funciona como hábitat para los organismos
Respuestas: 1C, 2B, 3D, 4C.
5
¿QUÉ ES EL SUELO?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
Reconoce al suelo como una mezcla heterogénea a partir de la identificación de sus componentes. (N3)
MEZCLA Concepto (N2) Clasificación en homogéneas y heterogéneas (N3) El suelo como una mezcla heterogénea (N3)
Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado
posee
por lo que es
y se clasifica como
Introducción
En el laboratorio de Ciencias del CCH Vallejo, un equipo de estudiantes con la
finalidad de contestar el apartado ¿Qué es el suelo? realizaron la siguiente
actividad experimental:
Material Sustancias
Soporte universal completo Muestra de suelo
Tubos de ensayo con pinzas Agua oxigenada (H2O2)
Cápsula de porcelana Microscopio estereoscópico
gotero Porta objetos
SUELO
sólidos porosidad humedad
Mezcla de sólidos, gases y líquido
Mezcla heterogénea
6
Fases del suelo
1. Observaron una muestra de suelo al microscopio como muestra la imagen:
2. Agregaron una pequeña muestra de suelo a un tubo de ensayo, lo pusieron al
mechero y observaron lo siguiente:
3. Calentaron una muestra de suelo en un crisol hasta su calcinación observándose
los siguiente:
7
4. Posteriormente tomaron una muestra de suelo y la agregaron a una cápsula de
porcelana, adicionaron unas gotas de agua oxigenada a la muestra y observaron
efervescencia, determinando que la materia orgánica se puede identificar con
H2O2.
5. Finalmente agregaron una muestra de suelo a otro tubo de ensayo, le dieron unos pequeños golpes al tubo con la muestra sobre una franela, agregaron 5 mL de agua y observaron lo siguiente:
En base a tus conclusiones contesta lo siguiente:
8
Ejercita lo aprendido
Para las siguientes afirmaciones escribe dentro del paréntesis (V) si es verdadero
y (F) si es falso.
El suelo:
( ) es un elemento químico.
( ) es un compuesto químico.
( ) está formado únicamente por minerales.
( ) es una mezcla homogénea formada por componentes sólidos.
( ) es una mezcla heterogénea que contiene sólidos, agua y aire.
( ) está formado de materia orgánica, composición mineral, agua y aire.
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) Al estar constituido por una parte sólida, una parte gaseosa y una parte líquida, el suelo es considerado como:
a) Una mezcla homogénea b) Una mezcla heterogénea c) Un compuesto orgánico d) Un compuesto inorgánico
2. ( ) A la propiedad física del suelo que le permite almacenar entre sus huecos, gases (O2 y CO2), se le llama:
a) Dureza b) Impenetrabilidad c) Solubilidad d) Porosidad
3. ( ) Una muestra de suelo es analizada por unos estudiantes, al agregarle una gota de agua esta es absorbida entre los poros, esto demuestra que en el suelo hay:
a) arena y la grava b) insectos vivos c) espacios de aire d) una parte líquida dentro del suelo
9
4. ( ) Al agregar agua oxigenada a una pequeña muestra de suelo se produce una efervescencia. Esto es una evidencia de que la muestra contiene:
a) cuarzo b) arena c) materia orgánica d) sales inorgánicas
5. ( ) Una pequeña muestra de suelo se coloca dentro de un crisol y se calienta fuertemente con un mechero hasta su calcinación, después de un tiempo se observa la presencia de un sólido negro, lo que permite afirmar que se quemó:
a) la grava b) la arena c) la materia orgánica d) el cuarzo
6. ( ) Una pequeña muestra de suelo se coloca dentro de un tubo de ensaye y se pone a calentar suavemente en un mechero, después de un momento se observa vapor de agua condensándose en las paredes del tubo, esto demuestra que un componente del suelo es:
a) la arena b) la grava c) el aire d) el agua
7. ( ) Un estudiante observa al microscopio una pequeña muestra de suelo, encontrando pequeños trozos de cuarzo, y otros minerales. Lo anterior permite afirmar que el suelo contiene:
a) materia orgánica b) sustancias inorgánicas c) aire y agua d) sales disueltas en agua
8. ( ) Después de analizar una muestra de suelo, un estudiante reporta que ésta se compone de minerales, materia orgánica, poros (aire) y agua. Estos componentes permiten confirmar que el suelo es:
a) un elemento b) un compuesto c) una mezcla homogénea d) una mezcla heterogénea
Respuestas:1B, 2D, 3C, 4C, 5C, 6D, 7B, 8D.
10
¿Cómo se clasifican los componentes sólidos del suelo?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
Reconoce a la parte sólida del suelo como una mezcla formada por materia orgánica e inorgánica. (N2)
MEZCLA Concepto (N2) COMPUESTO Concepto (N2) Clasificación en orgánicos e inorgánicos (N2)
Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado
es una
formada por partes
es una mezcla de
Introducción
“LOS COMPONENTES SÓLIDOS DEL SUELO”
Material orgánico
Este componente del suelo está formado por restos vegetales y animales en
diferente estado de descomposición constituidos por sustancias hechas de
carbono; de la descomposición de estos restos se forma el “humus” que es el que
le da el color oscuro al suelo. La última etapa de la descomposición de la materia
orgánica llamada “mineralización” consiste en la destrucción total de los restos
orgánicos que se transforman en compuestos inorgánicos sencillos debido a la
actividad de los microorganismos (hongos y bacterias).
SUELO
Mezcla heterogénea
Líquida Sólida Gaseosa
Materia orgánica Materia inorgánica
11
Material inorgánico
Consiste en partículas de roca que se han formado por desgaste bajo la acción de
los agentes atmosféricos, constituye la porción principal de la parte sólida de la
gran mayoría de los suelos. Su aporte varía desde un 99.5% en la superficie de
los suelos en regiones muy secas a menos de un 10% en los suelos llamados
orgánicos derivados de pantanos. Representa la parte más estable del suelo
aunque por efecto de la desintegración de las rocas por procesos físicos, químicos
y/o biológicos, experimenta cambios lentos.
La parte inorgánica del suelo la constituyen los minerales
12
Algunos minerales presentes en el suelo y fórmulas
Grafito C Cobre Cu Galena PbS Esfalerita(Zn,Fe)S Calcopirita CuFeS2
Pirita Geotita Magnetita Hematita Malaquita FeS2 FeO(OH) Fe3O4 Fe2O3 Cu2 CO3 (OH)2
Fluorita CaF2 Halita NaCl Calcita CaCO3 Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2
Barita BaSO4 Yeso CaSO4.2H2O Cuarzo SiO2 Cuarzo SiO2
Talco Mg3Si4O10(OH) Muscovita (mica) KAl2(Sl3Al)O10(OH)2 Olivino (Mg,Fe)2SlO4
13
Clasificación de minerales por composición química
Ejercita lo aprendido 1. ( ) Escribe dentro del paréntesis la letra de la opción correcta. La parte sólida
del suelo es una mezcla formada por:
a) Únicamente materia orgánica vegetal
b) Únicamente materia orgánica animal
c) Únicamente materia viva
d) Materia orgánica e inorgánica
14
2. Escribe dentro del paréntesis una (V) si el enunciado es verdadero o una (F) si
es falso.
( ) La parte sólida del suelo es una mezcla homogénea.
( ) La materia inorgánica está formada por minerales.
( ) La materia orgánica está constituida por restos vegetales y animales.
( ) La parte inorgánica del suelo se carboniza al sufrir un fuerte
calentamiento.
( ) El agua oxigenada reacciona con la materia orgánica del suelo.
( ) La parte sólida del suelo está formada por materia orgánica e inorgánica.
( ) Los minerales son compuestos orgánicos.
3. Realiza una clasificación de minerales como se indica en la siguiente tabla:
Elementos nativos
Óxidos
Sulfatos
Sulfuros
Carbonatos
Haluros
Silicatos
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
Nombre Fórmula
15
Ejercicios de autoevaluación
1. La materia orgánica del suelo está constituida por:
a) plantas en crecimiento
b) animales que se alimentan del suelo
c) la relación suelo-plantas-animales-hombre
d) restos vegetales y animales en descomposición
2. Una forma de determinar, experimentalmente, la presencia de materia orgánica
del suelo es,
a) al reaccionar carbonatos con ácido clorhídrico
b) al disolver la muestra en agua destilada
c) al producir efervescencia con agua oxigenada
d) al evaporar la parte líquida del suelo
3. Los componentes inorgánicos del suelo son:
a) los hidrocarburos
b) los minerales
c) los restos vegetales
d) los animales en descomposición
4. Los materiales inorgánicos del suelo son:
a) partículas formadas por desgaste de las rocas
b) mezclas homogéneas en disolución acuosa
c) mezclas heterogéneas de gases y líquidos
d) compuestos del carbono en descomposición
5. Los tipos de componentes que forma la parte sólida del suelo son:
a) arena y grava de distintos tamaños
b) arcilla fina y arena gruesa
c) materia orgánica y material inorgánico
d) mezclas de compuestos del carbono
Respuestas: 1D, 2C, 3B, 4A, 5C.
16
¿DE QUÉ ESTÁ FORMADA LA PARTE INORGÁNICA DEL SUELO?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
Señala cuáles son los cationes y aniones que generalmente están presentes en la parte inorgánica del suelo. (N1) Reconoce que los compuestos inorgánicos se clasifican en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales. (N2)
ESTRUCTURA DE LA MATERIA Catión y anión (N1) Iones monoatómico y poliatómico (N1) COMPUESTO Clasificación en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales (N2)
Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado
formada por
se clasifican en
formadas por
Se clasifican en
PARTE INORGÁNICA
DEL SUELO
Compuestos inorgánicos
Óxidos Hidróxidos Ácidos Sales
Aniones Cationes
Monoatómicos Poliatómicos
FeO,
Al2O3,
SnO,
CuO
Fe(OH)2
Al(OH)3
H2S,
H2CO3
S2-, Na+, K+, Mg2+,
Ca2+ ,Fe2+,3+, Al3+
CO32-
, NH4+
SO42-
, PO43-
CO32-
, SiO32-
, S2-
,
SO42-
, Cl-, NO3
-
PO43-
Na+, K
+, Mg
2+,
Ca2+
, NH4+,
Fe2+
, Fe3+
, Al3+
17
Introducción
La composición de la parte inorgánica del suelo permite destacar la clasificación
de los compuestos inorgánicos en óxidos, hidróxidos, ácidos y sales; y estas
últimas se pueden clasificar en carbonatos, sulfatos, nitratos, fosfatos, cloruros,
sulfuros y silicatos. La parte inorgánica del suelo está formada por sólidos solubles
en agua y sólidos insolubles. Los solubles junto con el agua forman la “disolución
de suelo” al disociarse se forman los iones (cationes y aniones), forma en la cual
los absorben las raíces de las plantas para nutrirse. Los iones pueden ser
monoatómicos (S2-,Na+,K+, Mg2+,Ca2+,Fe2+, Fe3+, Al3+) y poliatómicos (CO32-, NH4
+
SO42-, PO4
3-).
Identificación de cationes a la flama
El ensayo a la flama es un método de laboratorio establecido para identificar la
presencia de un elemento químico determinado en una muestra.
Primero se ajusta la llama del mechero hasta que sea incolora. Después se
coloca una pequeña cantidad de la sustancia que se desea analizar en la punta de
una varilla limpia de platino o de nicromo (una aleación de níquel y cromo) y se
introduce la varilla en la llama.
Los elementos mostrados dan un color característico a la llama:
Catión Color que le confiere a la flama
Ca2+ rojo ladrillo
Na+ amarillo intenso
Ba2+ verde amarillento
Cu2+ verde
K+ violeta
Mg2+ blanco
18
Ejercita lo aprendido
1. Los siguientes son algunos iones que están presentes en la parte inorgánica del
suelo: CO32-, Na+, SO4
2-, K+, Cl-, Mg2+, Ca2+, PO43-, Fe2+, NO3
-, S2-, Cl-, Al3+, Fe3+,
SiO32-, SO3
2-, NH4+. Clasifícalos de acuerdo a las siguientes categorías:
- Cationes monoatómicos: _____________________________ - Cationes poliatómicos: ______________________________ - Aniones monoatómicos: _____________________________ - Aniones poliatómicos: _______________________________
2. Escribe dentro del paréntesis una (V) si el enunciado es verdadero o una (F) si
es falso. Argumenta tu respuesta
( ) Las sales al disolverse se disocian en forma de iones
( ) Los cationes son iones negativos
( ) Los iones metálicos como el ion sodio son positivos
( ) En la parte inorgánica del suelo hay presencia de iones nitrato y carbonato
( ) Son ejemplos de aniones el fosfato PO43- y el sulfuro S2-
( ) Los iones se clasifican en polares y no polares
Ejercicios de autoevaluación
1. Inciso que contiene algunos de los cationes presentes en el suelo
a) N2, O2, H2, C b) Fe2+, K+, Na+, Ca2+ c) Au, Ag, Cu, Pt d) O2-, S2-, Cl-, F-
2. Inciso que contiene algunos aniones a) NO3
-, CO32-, S2-, Cl-
b) Mg2+, Al3+, Fe3+, Si4+ c) NaOH, KOH, Mg(OH)2 d) H2S, H2O, HCl, CH4
19
3. Los compuestos inorgánicos se clasifican en: a) Iónicos y covalentes polares y no polares b) Monoatómicos, diatómicos y poliatómicos c) Monovalentes, divalentes, y polivalentes d) Óxidos, hidróxidos, ácidos y sales
4. Los compuestos: carbonato de sodio, sulfato de potasio, cloruro de magnesio y fosfato de calcio, presentes en el suelo son:
a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos
5. Los compuestos CaO, Na2O y Al2O3 se clasifican como: a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos
6. Las fórmulas NaOH, Ca(OH)2 y Al(OH)3 corresponden al tipo de compuestos llamados:
a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos
7. Sustancias como; MgCl, KBr y CaCO3, son: a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos
8. Los compuestos que se representan con las fórmulas, H3PO4, H2CO3 y HNO3, se clasifican como:
a) Sales b) Ácidos c) Hidróxidos d) Óxidos
9. ( ) En la parte inorgánica del suelo están presentes los aniones: a) Na2O, MgO, Al2O3, Fe2O3 b) CO3
2-, SO42-, Cl-, NO3
-, S2- c) Fe2(SO4)3, K2SO4, MgSO4, Al2(SO4)3 d) Fe2+, Na+, K+, Ca2+
10. ( ) En la parte inorgánica del suelo están presentes los cationes:
a) Na2O, MgO, Al2O3, Fe2O3 b) CO3
2-, SO42-, Cl-, NO3
-, S2- c) KOH, Mg(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3 d) Fe2+, Na+, K+, Ca2+
Respuesta: 1B, 2A, 3D, 4A, 5D, 6C, 7A, 8B, 9B, 10D
20
¿QUÉ SON LAS SALES Y QUÉ PROPIEDADES TIENEN?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
•Caracteriza a las sales iónicas mediante sus propiedades. (N2) •Reconoce que las sales son solubles y conductoras de la electricidad cuando están disueltas. (N2) •Explica el comportamiento de las sales mediante un modelo. (N3) •Explica la formación de iones (aniones y cationes) a partir de átomos neutros (metal y no metal) por medio de la transferencia de electrones. (N2) •Describe las características del enlace iónico. (N2) •Reconoce la existencia de fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y aniones denominadas enlace iónico. (N3) •Explica, empleando modelos tridimensionales, por qué las sales son solubles y conductoras de la electricidad cuando están disueltas. (N3) •Diferencia la reducción de la oxidación en términos de ganancia y pérdida de electrones.(N2)
MEZCLA Concepto de disolución (N2) COMPUESTO Concepto de sales (N2) Propiedades de las sales(N2) Electrolitos (N1) REACCIÓN QUÍMICA Concepto (N2) Electrólisis (N2) Concepto de oxidación y reducción (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de ion (N2) Aniones y cationes (N2) Modelos de compuestos iónicos (N3) ENLACE QUÍMICO Concepto enlace iónico (N2) Representación del enlace iónico (N3) Propiedades inferidas a los compuestos (N3)
•Establece la relación entre las propiedades observadas en las sales y el enlace iónico. (N3)
21
Mapa conceptual de lo que aprenderás en este apartado
Introducción
PROPIEDADES DE LAS SALES
Podemos decir que las sales son compuestos que se forman cuando un catión
(ion metálico o un ion poliatómico positivo) remplaza a uno o más de los iones
hidrógeno de un ácido, o cuando un anión (ion no metálico o un ion poliatómico
negativo) reemplaza a uno de los iones hidróxido de una base. Por consiguiente
una sal es un compuesto iónico formado por un ion con carga positiva (catión) y un
ion con carga negativa (anión). Son ejemplos de sales los compuestos binarios de
cationes metálicos con aniones no metálicos y los compuestos ternarios formados
por cationes metálicos o iones amonio con iones poliatómicos negativos.
SALE
Se caracterizan porque
PORQUE
Solubilidad en Agua
Muchas de ellas presentan
Si conducen la corriente eléctrica son
Electrolitos
Iones
NaCl
Tridimensional
Modelo de
compuesto iónico
Por existir en forma
de
Pueden ser
Unidos por fuerzas
de atracción eléctrica
forman
Presentes en
Enlaces Iónicos
Aniones: Cl- Cationes: Na+
No metal: Cl2 Metal: Na
Reduce Oxida
Electrones
se forma a partir de se forma a partir de
es la especie química que se es la especie química que se
Porque pierde Porque gana
22
Propiedades de los compuestos iónicos
Muchos se forman por la combinación de metales
reactivos con no metales reactivos.
Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente. cristal de cloruro de sodio
Tienen elevadas temperaturas de fusión y ebullición, ya
que las fuerzas actuantes son suficientemente intensas
como para conferir al cristal iónico una elevada
estabilidad térmica, por lo que la destrucción de su
estructura requiere el suministro de cantidades
apreciables de energía.
En estado sólido, los compuestos iónicos no
conducen la electricidad, ya que los iones
tienen posiciones fijas y no pueden moverse
en la red iónica. Al fundirse o al disolverse, se
rompe la estructura cristalina, los iones
(cargas eléctricas) quedan libres y pueden
conducir la electricidad.
En general, los compuestos iónicos son solubles, lo son
en disolventes como el agua, pero no en otros
disolventes como la gasolina, el benceno o el
tetracloruro de carbono.
23
Reglas de solubilidad
Muchos de los compuestos iónicos que encontramos casi a diario, como la sal de
mesa, el bicarbonato para hornear y los fertilizantes para las plantas caseras, son
solubles en agua. Por ello, resulta tentador concluir que todos los compuestos
iónicos son solubles en agua, cosa que no es verdad. Aunque muchos
compuestos iónicos son solubles en agua, algunos son pocos solubles y otros
parcialmente no se disuelven. Esto último sucede no porque sus iones carezcan
de afinidad por las moléculas de agua, sino por que las fuerzas que mantienen a
los iones en la red cristalina son tan fuertes que las moléculas del agua no
pueden llevarse los iones.
Electrolitos y no electrolitos
“Agua dulce y “agua salada” son ejemplos de dos soluciones. Una diferencia
significativa entre las dos se puede demostrar con un conductímetro. Que consiste
en una fuente de electricidad que puede ser una batería o un contacto doméstico
conectado a un foco. Uno de los cables se corta y a las dos puntas se les retira el
aislamiento. Esto rompe el circuito. Si no juntamos las dos puntas, el foco no se
prende. Si estas puntas separadas se colocan en agua destilada o en una solución
de azúcar en agua, el foco no se enciende. No obstante, si son colocadas en una
solución de sal, el foco se ilumina. El agua pura y una solución de azúcar en agua
no conducen la electricidad y entonces no completan o cierran el circuito. El
azúcar y otros solutos no conductores se llaman no electrolitos. Una solución
acuosa de cloruro de sodio es un conductor eléctrico, y la sal es clasificada como
un electrolito. ¿Pero cómo explicamos esta diferencia?
En la siguiente figura se muestra como la disolución de cloruro de sodio conduce
la corriente eléctrica al introducir los electrodos y cerrar el circuito eléctrico y el
azúcar no.
http://www.edumedia-sciences.com/es/a817-conduccion-electrolitica-en-solucion
24
El flujo de corriente eléctrica involucra el transporte de cargas eléctricas, por
consiguiente el hecho de que las disoluciones de cloruro de sodio conduzcan la
electricidad nos sugiere que ellas contienen especies cargadas eléctricamente.
Estas especies se llaman iones, del griego “viajero”. Cuando el cloruro de sodio se
disuelve en agua, se rompe en cationes cargados positivamente Na+ y aniones
cargados negativamente Cl-, que se mezclan uniformemente con las moléculas y
se dispersan por toda la solución. Como los aniones y los cationes están en
libertad de moverse dentro de la solución, ellos son los responsables de conducir
la electricidad, es decir, llevan consigo cargas eléctricas. Te sorprendería si te
decimos que los iones Na+ y Cl- existen tanto en el salero como en la sopa.
Veamos la razón, el cloruro de sodio es un arreglo cúbico tridimensional de iones
sodio y cloruro ocupando posiciones alternas. Estos iones de carga opuesta se
atraen una a otro por medio de enlaces iónicos que mantienen unido el cristal. En
un compuesto iónico tal como el NaCl no existen moléculas unidas por enlaces
covalentes, solo aniones y cationes.
Pero, ¿Por qué ciertos átomos pierden y ganan electrones para formar iones?
La respuesta involucra a la estructura electrónica. Un átomo de sodio tiene un solo
electrón en su último nivel de energía. Un átomo de cloro, tiene siete, para ambos,
la estabilidad se asocia con tener ocho electrones en su último nivel “Regla de
octeto”.
Enlaces iónicos que mantienen unido el cristal de NaCl
Los compuestos iónicos que se disocian totalmente en solución acuosa se
conocen como electrolitos fuertes, mientras que aquellas que se convierten
parcialmente en iones en solución, se conocen como electrolitos débiles.
Solvatación de los compuestos iónicos
Muchos compuestos iónicos son completamente solubles en agua. Cuando una muestra sólida es colocada en agua, las moléculas polares de H2O son atraídas hacia los iones individuales. El átomo de oxigeno de la molécula de agua tienen una carga neta negativa y es atraído hacia los cationes. Debido a su carga positiva, los átomos de hidrógeno del agua son atraídos hacia los aniones del soluto. Los iones son entonces rodeados por moléculas de agua, los cuales forman una pantalla impidiendo la atracción de los iones de cargas opuestas. La atracción anión-catión disminuye, mientras la atracción entre los iones y las moléculas de H2O es considerable. El resultado es que los iones son jalados fuera del sólido y hacia la solución. En disolución, los compuestos iónicos se ionizan en sus cationes y aniones.
25
La siguiente ecuación y la figura representan este proceso para el cloruro de sodio y agua:
NaCl(s) + H2O (l) Na+ (ac) + Cl-(ac).
Molécula ion sodio ion cloruro de agua Solvatación del cloruro de sodio en disolución acuosa
En la solvatación del cloruro de sodio en disolución acuosa se observa la organización de las moléculas de agua alrededor de los iones con los átomos de oxigeno más próximos a los cationes y los átomos de hidrogeno más próximos a los aniones. De esta forma existen los iones en solución. Formación de iones (aniones y cationes) a partir de átomos neutros (metal y no
metal) por medio de la transferencia de electrones.
El enlace iónico se forma por transferencia de electrones: un átomo dona a otro
átorno o átornos uno o más de sus electrones exteriores de enlace. El átomo que
pierde los electrones se convierte en un ion positivo o catión. El átomo que los
gana se convierte en un ion negativo o anión. El enlace iónico resulta de la
atracción electrostática entre iones de carga opuesta. Podemos ilustrar la
transferencia electrónica representando los electrones de enlace mediante puntos:
El electrón que el átomo de sodio pierde lo gana el átomo de cloro para formar un
ion sodio, Na+, y un ion cloruro Cl─. Los átomos de sodio se oxidan; los átomos
cloro se reducen. La oxidación y la reducción siempre ocurren juntas. Los no
metales oxidan a los metales; los metales reducen a los no metales.
Pérdida de electrones ( e- )
Ganancia de electrones ( e- )
Oxidación ─
Reducción ─
26
CONCEPTO DEFINICIÓN
1. ¿Qué es una sal? ( ) Partículas con carga eléctrica positiva (cationes) y negativa (aniones)
2. Dos propiedades de las sales iónicas.
( ) La formación de iones (aniones y cationes) ocurre cuando hay transferencia de electrones entre dos átomos.
3. Por qué una muestra de suelo seco (que contiene sales) no conduce la corriente eléctrica.
( ) Gana electrones y se convierte en anión.
4. Ecuación química para obtener una sal
( ) Las sales iónicas (compuestos inorgánicos) que contiene el suelo deben estar disueltas en agua para que formen los iones trasportadores de electrones (aniones y cationes).
5. Iones
( ) Se refiere a la cantidad máxima de soluto que podrá disolverse en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura y presión específica y se expresa en gramos de soluto por cada 100 g de disolvente, H2O.
6. ¿Cuándo se forman los iones?
( ) Se forma por las fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y aniones y de él dependen las propiedades de las sales.
7. Electrolito ( ) Pierde electrones y se convierte en catión.
8. Enlace iónico ( ) Metal + no metal sal + agua
9. Catión
( ) Se forman cuando la sal se disuelve en agua y porque hay transferencia de electrones entre el metal y el no metal que forman la sal.
10. Anión
( ) Compuesto químico formado por iones con carga negativa (aniones) y positiva (cationes) cuando esta disuelto en agua.
11. Un metal se oxida porque
( ) Sustancias solubles y conducen la corriente eléctrica cuando están disueltas en agua.
12. Un no metal se reduce porque
( ) También se le llama disolución cuando las sales están disueltas en agua y porque en ella se forman y separan los iones (aniones y cationes).
13. Fuerzas de atracción eléctrica entre los aniones y los cationes
( ) Partícula con carga positiva.
14. Solubilidad ( ) Partícula con carga negativa.
Ejercita lo aprendido Relaciona las columnas colocando en el paréntesis el número que responda
correctamente al concepto con su definición.
27
Selecciona de las palabras que se encuentran al final la que responda a cada uno de los espacios. Palabras: Anión, catión, solubles, fusión, ebullición, electricidad, sólido, conducen,
iones, cationes, aniones, enlace iónico, oxida, reduce, oxidación
1.- Las sales son compuestos iónicos formados por ____________ y ____________. 2.- Algunas propiedades generales de las sales son: forman cristales, son mayoritariamente ____________ en agua, poseen puntos de ___________ y de ___________altos, fundidos o disueltos en agua conducen la ____________, su estado físico a temperatura ambiente es el estado ____________, las sales en estado sólidos no ____________ la electricidad. 3.- Al átomo o grupo de átomos cargados eléctricamente se les llama ___________, a los iones positivos se les nombra ___________ y a los iones negativos se les denomina ____________. A la fuerza de atracción electrostática entre iones de carga opuesta se le denomina ____________. 4.- Cuando un átomo gana electrones se dice que se ___________, si un átomo pierde electrones se ___________. 5.- El sodio metálico no tiene una fuerte tendencia a perder su único electrón externo y convertirse en Na+, o sea, el ión sódico. Este es un ejemplo de ___ ___________.
Ejercicios de autoevaluación
Selecciona el inciso que contiene la respuesta correcta:
1. ( ) Una sustancia posee las siguientes características: es soluble en agua, al
calentarlo se funde a altas temperaturas, está formada por cationes y aniones,
forma redes cristalinas. ¿A qué tipo de compuesto inorgánico corresponde?
a) hidróxido
b) ácido
c) óxido
d) sal
2. ( ) Sustancias que en disolución acuosa conducen la electricidad:
a) electrónicos b) electrodos c) electrones d) electrolitos
28
3. ( ) Cuando las moléculas del agua rodean a los iones de una sal iónica se produce la ________ de la sal, lo que permite el paso de la __________
a) fusión - ionización
b) disolución– electricidad
c) ebullición - disociación
d) concentración - saturación
4. ( ) El siguiente modelo:
muestra cómo las moléculas del disolvente (agua) rodean a los iones del soluto
separándolos del resto de la estructura, este proceso es una característica de las
sales, el cual se denomina.
a) red cristalina
b) punto de fusión
c) disolución
d) fragilidad
5. ( ) ¿Qué característica representa el siguiente modelo de una sal?
a) solvatación
b) solubilidad
c) fragilidad
d) red cristalina
6. ( ) A partir de átomos neutros los iones se forman por transferencia de electrones como en la siguiente figura conforme al modelo de Lewis:
Utilizando la representación anterior, selecciona el inciso correcto
a) el sodio acepta un electrón y el cloro acepta un electrón
b) el sodio cede un electrón y el cloro cede un electrón
c) el sodio cede un electrón y el cloro acepta un electrón
d) el sodio acepta un electrón y el cloro cede un electrón
29
7. ( ) Los metales reaccionan con los no metales formando sales, por medio de
transferencia de electrones. Selecciona el inciso que explique este
comportamiento.
a) los metales y los no metales aceptan electrones
b) los metales y los no metales ceden electrones
c) los metales ceden electrones y los no metales aceptan electrones
d) los metales aceptan electrones, los no metales ceden electrones
8. ( ) Selecciona el inciso que contenga dos características del enlace iónico
1) altos puntos de fusión
2) bajos puntos de ebullición
3) en disolución acuosa son buenos conductores
4) son solubles en disolventes orgánicos
a) 1,3
b) 1,4
c) 2,3
d) 2,4
9. ( ) De las siguientes figuras selecciona aquella que muestre la existencia de
fuerzas de atracción eléctrica entre aniones y cationes denominados enlaces
iónicos que posibilitan la formación de una red cristalina.
a b c d*
10. ( ) En las sales existen fuerzas de atracción eléctrica entre cationes y
aniones denominadas, enlaces:
a) covalentes
b) de hidrógeno
c) iónicos
d) metálicos
Respuestas: 1D, 2D, 3B, 4C, 5D, 6C, 7C, 8A, 9C, 10C.
30
¿CÓMO SE REPRESENTAN Y NOMBRAN LAS SALES EN
EL LENGUAJE DE LA QUÍMICA?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Escribe fórmulas de sales aplicando el número de oxidación. (N3) ● Asigna el nombre químico a las fórmulas de los compuestos estudiados. (N3)
ELEMENTO Concepto de número de oxidación (N3) COMPUESTO QUÍMICO: Fórmulas de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos (N3) Nomenclatura de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos N3 Aplicación del número de oxidación en la escritura de fórmulas (N3
Mapa conceptual de lo que aprenderás en el apartado
31
Introducción
En este apartado se abordaran los conceptos de número de oxidación, fórmulas
de sales aplicando el número de oxidación en compuestos de sales como:
cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. Se aplicaran las reglas
de nomenclatura para nombrar a las sales. Se hará énfasis en los fertilizantes
(sales con iones poli atómicos) tales como: Cloruro de potasio, sulfato de potasio,
nitrato de potasio, sulfato de amonio, nitrato de amonio, fosfato de amonio. Para
conducir al alumno a escribir fórmulas de sales, así como asignar el nombre a
dichos compuestos.
NOMENCLATURA INORGÁNICA
La nomenclatura se encarga de asignar nombres a los distintos compuestos
químicos, de forma que podamos dar un nombre a un compuesto químico si
conocemos su fórmula y, al revés, podamos indicar la fórmula del compuesto si
conocemos su nombre.
Vamos a aprender a nombrar algunos compuestos inorgánicos partiendo de los
más sencillos hasta llegar a los más complejos, pero antes de eso vamos a ver
como se calculan los números de oxidación de los elementos de un compuesto.
Número de oxidación o estado de oxidación.
Los números de oxidación son unos números, positivos o negativos,
que se asignan a cada uno de los átomos de un compuesto. Cada
elemento solo puede adoptar ciertos números de oxidación en un compuesto
inorgánico. Para determinar el número de oxidación de un elemento en un compuesto cuya
fórmula conocemos se siguen una serie de reglas.
Reglas para asignar número de oxidación Las más importantes son: ● El número de oxidación de cualquier elemento es cero, sin importar si se trata de un elemento monoatómico, como el sodio (Na), o diatómico como el oxígeno (O2).
● En compuestos iónicos, el número de oxidación del metal corresponde al de su carga y, por tanto, es igual que el grupo de la tabla periódica al que pertenece. Por ejemplo, en el NaCl (cloruro de sodio) el sodio tiene un número de oxidación de +1. En el CaCl2 (cloruro de calcio), el número de oxidación del calcio es +2. ● Al oxígeno se le asigna un número de oxidación de –2, excepto en contados casos, como en el agua oxigenada, donde tiene número de oxidación de –1.
32
● Al hidrógeno se le asigna un número de oxidación de +1, excepto en los hidruros metálicos, donde es –1. ● El número de oxidación de un elemento es igual al grupo de la tabla periódica que le corresponde. Por ejemplo, el sodio está en el grupo 1 y el calcio en el grupo 2, por lo que sus números de oxidación son +1 y +2, respectivamente. Si el número de grupo en la tabla rebasa el número diez, se resta 10 al número del grupo y ése es el número de oxidación. Por ejemplo, el galio (Ga) se encuentra en el grupo 13 y el silicio (Si) en el grupo 14 y sus números de oxidación son, respectivamente, +3 y +4. ● La suma de todos los números de oxidación de los elementos en un compuesto debe ser igual a cero. Por ejemplo, en el Na2O (óxido de sodio), se tienen dos cargas positivas (al haber dos sodios con número de oxidación de +1) y dos cargas negativas de un oxígeno, por lo tanto: 2(+1) + (–2) = 0. ● Si se tiene un ion atómico, el número de oxidación debe ser igual al de su carga. Por ejemplo, para la especie K+, el número de oxidación es +1 y para la especie F– es –1. ● Si se tiene un ion poliatómico, la suma de todos los números de oxidación debe
ser igual a la carga del ion. Por ejemplo, en el ion PO4
3–, la suma de los números de oxidación de un fosforo y cuatro oxígenos debe ser igual a –3, debido a que el número de oxidación del fosforo es +5.
Tabla de números de oxidación
33
ANIONES NOMBRE CATIONES NOMBRE
F ─ Fluoruro Cr 6+ Cromo (VI) Cromico
Cl ─ Cloruro Cr 3+ Cromo (III) Cromoso
Br ─ Bromuro Fe 2+ Hierro (II) Ferroso
I ─ Yoduro Fe 3+ Hierro (III) Férrico
S2 ─ Sulfuro Co 2+ Cobalto (II) Cobaltoso
Se2─ Selenuro Co 4+ Cobalto (III) Cobáltico
(NO3) ─ Nitrato Ni 2+ Níquel (II) Niqueloso
(NO2) ─ Nitrito Ni 3+ Níquel (III) Niquelico
(PO3)3 ─ Fosfito Cu + Cobre (I) Cuproso
(PO4)3 ─ Fosfato Cu 2+ Cobre (II) Cúprico
(BO3)3 ─ Borato Hg + Mercurio (I) Mercuroso
(CO3)2 ─ Carbonato Hg 2+ Mercurio (II) Mercúrico
(AsO3)3 ─ Arsenito Sn 2+ Estaño (II) Estanoso
(AsO4)3 ─ Arseniato Sn 4+ Estaño (IV) Estánico
(SO3)2 ─ Sulfito Pb 2+ Plomo (II) Plumboso
(SO4)2 ─ Sulfato Pb 4+ Plomo (IV) Plúmbico
(ClO) ─ Hipoclorito Au + Oro (I) Auroso
(ClO2) ─ Clorito Au 3+ Oro (III) Áurico
(ClO3) ─ Clorato Zn 2+ Zinc
(ClO4) ─ Perclorato (NH4)
+ Amonio
(MnO4) ─ Permanganato Ag + Plata
(CrO4)2─ Cromato H + Ácido
(Cr2O7)2─ Dicromato
(CN) ─ Cianuro
(CH3COO)─ Acetato
(HCO3) ─ Carbonato ácido o
bicarbonato
(HSO3) ─ Sulfito ácido o bisulfito
(HSO4) ─ Sulfato ácido o bisulfato
(HS) ─ Bisulfuro
(HPO4)2─ Fosfato mono ácido
(H2PO4) ─ Fosfato diácido
(PO4)3─ Fosfato
(HPO3)2─ Fosfito mono ácido
(H2PO3) ─ Fosfito diácido
(PO3)3─ Fosfito
(OH) ─ Hidróxido o hidroxilo
O2─ Óxido
O22─ Peróxido
H ─ Hidruros metálicos
(S2O3)2 Tiosulfito
Tabla de cationes y aniones
34
NOMENCLATURA
Para nombrar los compuestos químicos inorgánicos seguiremos las normas
de la IUPAC (unión internacional de química pura y aplicada) aceptadas anterior a
las del 2005, debido a que para las actuales normas no contamos con la
bibliografía actualizada para su utilización y aplicación. Se trabajará con las
normas de la IUPAC 2000 para tres tipos de nomenclaturas de compuestos
inorgánicos: la sistemática, la nomenclatura stock y la nomenclatura tradicional.
Nomenclatura Sistemática
Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los
prefijos: (mono_, di_, tri_, tetra_, penta_, hexa_, hepta_...) como prefijo del
elemento al que se refieren.
CO Monóxido de carbono
Cl2O3 Trióxido de dicloro
Nomenclatura de Stock
En este tipo de nomenclatura, se expresa el número de oxidación del elemento más electropositivo (metal) mediante números romanos entre paréntesis. Ejemplos:
Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III)
Nomenclatura tradicional
Esta es la nomenclatura más ambigua y su uso únicamente se debe al estar
establecido por la costumbre.
Se basa en los prefijos PER- e HIPO- y en los sufijos -ICO y -OSO.
● Si hay una única valencia: -ICO.
● Si hay dos valencias: -ICO, -OSO.
● Si hay tres valencias: -ICO, -OSO, HIPO-... -OSO.
● Si hay cuatro valencias: PER-... -ICO, -ICO, -OSO, HIPO-... -OSO.
Por ejemplo:
Hierro (números de oxidación ( 2 y 3)
FeO Óxido ferroso.
Fe2O3 Óxido férrico.
35
Visualización de las tres nomenclaturas. Nomenclatura Sistemática, Nomenclatura de Stock y la Nomenclatura tradicional en el siguiente ejemplo:
Nomenclatura basada en las recomendaciones de la IUPAC 2000
Para los Óxidos metálicos (se recomienda usar la nomenclatura Stock)
Para los Óxidos no metálicos (se recomienda la nomenclatura sistemática)
Fórmula Nomenclatura Stock
K2O Óxido de potasio
Cu2O Óxido de cobre (I)
Fe2O3 Óxido de hierro (III)
CaO Óxido de calcio
Hg2O Óxido de mercurio (II)
Fórmula Nomenclatura sistemática
CO Monóxido de carbono
CO2 Dióxido de Carbono
SO Monóxido de azufre
SO2 Dióxido de azufre
N2O Monóxido de dinitrógeno
Cl2O5 Pentaóxido de dicloro
36
Para los Hidrácidos y oxiácidos (se recomienda la nomenclatura tradicional)
Fórmulas de: cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. Nomenclatura de cloruros, sulfuros, nitratos, carbonatos, sulfatos y fosfatos. ANIONES CATIONES
Cloruros (Cl-)
Sulfuros (S2-)
Nitratos (NO3)
- Carbonatos (CO3)
2- Sulfatos (SO4)
2- Fosfatos (PO4)
3-
Na+
Sodio NaCl cloruro de sodio
K+
Potasio
K3PO4 fosfato de potasio
Ca2+ Calcio
CaCO3 carbonato de calcio
Mg2+ Magnesio
Mg(NO3)2 Nitrato de magnesio
Fe2+ Hierro
FeCO3 Carbonato ferroso o de hierro (II)
Fe3+ Hierro
Fe2S3 Sulfuro férrico o de hierro (III)
NH4
+
Amonio
(NH4)2S Sulfuro de amonio
Fórmula (en disolución)
NOMENCLATURA TRADICIONAL
HCl Ácido clorhídrico
HF Ácido fluorhídrico
HBr Ácido bromhídrico
H2S Ácido sulfhídrico
H2SO3 Ácido sulfuroso
H2SO4 Ácido sulfúrico
H3PO3 Ácido fosforoso
H3PO4 Ácido fosfórico
HNO3 Ácido nítrico
H2CO3 Ácido carbónico
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Ejercita lo aprendido
1. Mapa conceptual
Instrucciones: Completar el Mapa Conceptual con los siguientes términos: amonio NH4
+, Anión no metálico, Anión poliatómico, Catión metálico, hierro (II) Fe2+ y hierro (III) Fe3+, Monovalente, Nombre común, Reglas de Nomenclatura, Sales binarias, sulfato de calcio.
38
2. Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos que se
describen en las siguientes ecuaciones químicas.
a) K(s) + O2(g) K2O(s)
b) Na2O(s) + H2O(l) NaOH(ac)
c) NaOH(ac) + HCl(ac) NaCl(ac) + H2O(l)
3. Con tus respuestas del ejercicio anterior contesta las siguientes preguntas y
escribe tus conclusiones sobre el tipo de reacción que representa cada una de las
ecuaciones:
Preguntas Respuestas
¿Qué elementos cambiaron de número
de oxidación?
En la ecuación:
a)
b)
c)
Explica el cambio del número de
oxidación de cada uno de los
elementos?
En la ecuación: a) b) c)
4. Relaciona las siguientes columnas, escribe dentro del paréntesis la letra que
corresponda con la formula y nombre de los siguientes compuestos:
A) NH4Cl ( ) Fosfato de amonio
B) (NH4)2 SO4 ( ) Cloruro de amonio
C) NH4NO3 ( ) Sulfato de amonio
D) (NH4)3 PO4 ( ) Nitrato de amonio
5. Escribe las fórmulas resultantes al combinar cationes con aniones así como sus nombres, según el ejemplo.
ANIONES
CATIONES
Na+
Cl-
Cloruro
SO42-
Sulfato
NO3-
Nitrato
PO43-
Fosfato
NaCl
Cloruro de
sodio.
Fe3+
NH4+
39
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) El catión K+ está unido con el anión (NO3)- para formar el nitrato de
potasio, cuya fórmula química es:
a) K3NO3
b) K2(NO3)2
c) KNO3
d) K(NO3)3
2. ( ) El anión (PO4)3- se une con el catión Ca2+ para formar el fosfato de
calcio, cuya fórmula química es:
a) Ca3(PO4)2
b) PO4Ca
c) Ca2(PO4)3
d) PO4Ca2
3. ( ) El anión (CO3)2- se une con el catión Na+ para formar el carbonato de
sodio, cuya fórmula química es:
a) Na2(CO3)2
b) CO3Na
c) Na2CO3
d) CO3Na3
4. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula Fe2(CO3)3
a) carbonito de hierro I
b) carbonato de hierro II
c) bicarbonato de hierro II
d) carbonato de hierro III
5. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula NH4 NO3
a) nitrito de amonio
b) nitrato de amonio
c) nitrito de amonio IV
d) nitrato de amonio III
6. ( ) Nombre del compuesto que corresponde a la siguiente fórmula Ca3 (PO4)2
a) fosfato de calcio III
b) fosfito de calcio
c) fosfato de calcio
d) fosfito de calcio III
Respuestas: 1C, 2A, 3C, 4D, 5B, 6C.
40
¿Cuál es el alimento para las plantas? ¿Cómo mejorar un
suelo deficiente en sales? ¿Cómo se obtienen las sales?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Describe algunos métodos de obtención de sales en el laboratorio. (N2) ● Identifica a las reacciones redox mediante la variación de los números de oxidación. (N2) ● Clasifica a las reacciones químicas en redox y no redox. (N3)
COMPUESTO
Concepto de ácido, base y sal (N2)
Nombre y fórmula de ácidos,
hidróxidos y
sales (N2)
REACCIÓN QUÍMICA
Concepto (N2)
Representación (N2)
Balanceo por inspección (N3)
Clasificación: redox y no redox (N3)
Mapa conceptual del apartado
41
NUTRIENTES PARA LAS PLANTAS
Las plantas requieren de muchos nutrientes químicos para vivir y desarrollarse, a estos elementos se les denomina nutriente pues son el alimento de las plantas. Los elementos fundamentales para la planta son 16. A partir del aire y del agua se obtienen de manera combinada el carbono, hidrogeno y oxígeno. Los 13 elementos restantes se toman principalmente del suelo. El nitrógeno, fosforo, potasio, calcio, magnesio y azufre se necesitan en cantidades relativamente grandes por lo que se les denomina macronutrientes. A los nutrientes que se requieren en cantidades considerablemente menores se les denomina micronutrientes e incluye el Mn, Fe, B, Zn, Cu, Mo, Cl. Los nutrientes se vuelven disponibles para las plantas a través de la desintegración de minerales y la descomposición de la materia orgánica, con excepción del nitrógeno que se incorpora al suelo al ser fijado de la atmosfera por medio de la acción microbiana de bacterias correspondientes al ciclo del nitrógeno. La fijación del nitrógeno es la combinación química del nitrógeno gaseoso con oxígeno e hidrogeno para formar el ion nitrato NO3
- o el ion amonio NH4
+. Los tres principales nutrientes de las plantas son N, P, K. Principales nutrientes y sus funciones
Nutriente Función forma
asimilable
Nitrógeno
Forma parte de proteínas y clorofila, da color verde a
las plantas y promueve el desarrollo de hojas y tallos.
NH4+, NO3
-
Fosforo
Es importante en el desarrollo inicial de las plantas,
provoca un crecimiento inicial, rápido y vigoroso.
Estimula la floración. Forma parte de las proteínas.
H2PO4-,
HPO42-
Potasio
Da vigor y resistencia contra las enfermedades.
K+
Calcio
Promueve el desarrollo de raíces, mejora la absorción del nitrógeno. Constituye una base para la neutralización de ácidos orgánicos
Ca2+
Magnesio Mantiene el color verde obscuro en las hojas Mg2+
Azufre Ayuda en la formación de la clorofila. Promueve el desarrollo de las raíces. Forma parte de las proteínas.
SO42-,
SO32-
Manganeso Ayuda a la formación de la clorofila y contrarresta el efecto de una aireación deficiente.
Mn2+
Hierro Ayuda a la formación de la clorofila Fe2+, Fe3+
C, H, O Elementos estructurales principales en los tejidos H2O, OH, CO2
42
¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales?
Cuando se cultiva el suelo, la reserva de nutrientes suele ser insuficiente, o su
producción natural mediante el intemperismo y los procesos microbiológicos, es
demasiado lenta. En estos casos es común la aplicación de los llamados
fertilizantes químicos. Pero, ¿qué es un fertilizante?, un fertilizante es un material
que en condiciones apropiadas para su aplicación al suelo o a la planta,
proporciona uno o más de los nutrientes que necesitan los vegetales para su
desarrollo. En el siguiente cuadro se muestran algunos de los fertilizantes más
comunes y los nutrientes que aportan a las plantas.
Fertilizante Fórmula Nutriente que aporta
1. Sulfato de amonio (NH4)2SO4 N
2. Urea NH2CONH2 N
3. Fosfato de amonio (NH4)3PO4 N
4. Cloruro de potasio KCl K
5.Nitrato de amonio NH4NO3 N
6. Nitrato de potasio KNO3 K,N
7. Nitrato de sodio NaNO3 N
8. Carbonato de calcio CaCO3 Ca
9. Carbonato de magnesio MgCO3 Mg
10. Hidrógeno fosfato de amonio (NH4)2HPO4 N,P
METODOS DE OBTENCION DE SALES
Las reacciones químicas útiles para obtención de sales son:
1. metal + no metal sal
Esta es una reacción de síntesis o de combinación, como recordaremos, esta
ocurre cuando dos o más sustancias reaccionan para producir una sustancia
nueva (siempre es un compuesto). Esta reacción se puede representar con una
ecuación general: X + Z XZ.
43
Por ejemplo, la reacción de obtención del cloruro de potasio a partir de sus
componentes, el metal potasio y el no metal cloro se pueden representar como:
2K + Cl2(g) 2KCl(g)
2. metal + acido sal + hidrogeno
Esta es una reacción de desplazamiento en donde un elemento reacciona con un
compuesto para formar un compuesto nuevo y liberar un elemento distinto. La
forma general de representar una reacción de desplazamiento es:
A + XZ AZ + X.
Por ejemplo, la obtención de cloruro de potasio se puede realizar a partir del
potasio y del ácido clorhídrico:
2K(s) + 2HCl (ac) 2KCl (ac) + H2 (g)
3. Sal1 + sal2 sal3 + sal4
Esta es una reacción de doble sustitución, donde participan dos compuestos.
El ion positivo (catión) de la sal 1 se intercambia con el ion positivo (catión) de la
sal 2. En otras palabras, los dos iones positivos intercambian iones negativos
(aniones) o compañeros produciéndose así dos compuestos diferentes, la sal 3 y
la sal 4. Esta reacción se representa con la ecuación general:
AD + XZ AZ + XD
Un ejemplo de lo anterior es la reacción entre el nitrato de bario y el sulfato de
potasio:
Ba (NO3)2(ac) + K2SO4 (ac) BaSO4(s) + KNO3 (ac)
44
4. Acido + base sal + agua
Si presentamos a los ácidos en general como HX las bases que son hidróxidos
metálicos como MOH, y la sal como MX, la ecuación general queda representada
como:
HX (ac) + MOH (ac) HOH (l) + MX (ac)
Acido base (H2O) sal Cuando un ácido y una base reaccionan, se neutralizan mutuamente.
Esto sucede porque los iones hidrogeno (H)+ del ácido reaccionan con los iones
hidróxido (OH)- de la base para formar agua.
Nombre y fórmula de ácidos, hidróxidos y sales
Nombre Fórmula
Ácidos
Ácido clorhídrico HCl
Ácido nítrico HNO3
Ácido sulfúrico H2SO4
Ácido fosfórico H3PO4
Ácido carbónico H2CO3
Ácido sulfhídrico H2S
Hidróxidos
Hidróxido de sodio NaOH
Hidróxido de potasio KOH
Hidróxido de bario Ba(OH)2
Hidróxido de calcio Ca(OH)2
Sales
Cloruro de potasio KCl Nitrato de amonio NH4OH
Fosfato de amonio (NH4)3PO4
Sulfato de potasio K2SO4
Carbonato de calcio CaCO3
Reacciones de oxidación y reducción Las reacciones de óxido-reducción están presentes en la mayor parte del mundo
que nos rodea, son parte importante de los procesos que mantienen la vida y se
reconocen como las fuerzas que gobiernan la biosfera que es la parte de la Tierra
en la cual existe la vida y que está formada de una mezcla de compuestos
45
formados principalmente a base de carbono, oxigeno, nitrógeno e hidrogeno
(C,H,O,N). Estos compuestos están en continuo estado de creación,
transformación y cambio. La relativa felicidad con la que experimentan cambios
químicos, es la característica principal en el mantenimiento y regulación de la vida.
Los mecanismos utilizados por la naturaleza son grandes ciclos que incluyen
asimilación y producción de energía y una innumerable cantidad de reacciones de
óxido-reducción que involucran a los cuatro elementos mencionados arriba.
A las reacciones en donde existe transferencia de electrones desde un átomo o un
ion, hacia otro, se les denomina reacciones de oxidación-reducción, más
comúnmente como redox.
No siempre es sencillo determinar dónde quedan los electrones durante una
reacción redox, por lo que se debe comparar el número de oxidación de cada
átomo.
Recordemos que para asignar los números de oxidación a los distintos átomos
que forman parte de un compuesto se establece una serie de reglas:
1. El número de oxidación de un elemento en estado libre es cero. Así, el
número de oxidación de Al, Zn, H2, O2 y P4 es cero: Znº, H2º, O2º y P4º.
2. El número de oxidación del hidrogeno es +1, en todos los compuestos
excepto en los hidruros metálicos que es -1. Por ejemplo el número de
oxidación del hidrogeno en el agua H2O es +1, y es -1 en el hidruro de
calcio H2Ca.
3. El número de oxidación del oxígeno es -2, excepto en los periodos que es -
1 y en sus combinaciones con el flúor que es +2. Así el número de
oxidación del oxígeno es -2 en el óxido de calcio CaO, y -1 en el peróxido
de hidrogeno o agua oxigenada H2O2.
Oxidación-reducción:
46
El proceso de oxidación es aquel por el cual un átomo o grupo de átomos pierde
electrones:
Na Na+ + 1e-
El proceso de reducción es aquel por el que un átomo o grupo de átomos gana electrones: Cl2 + 2e- 2 Cl-
Dado que siempre que un átomo pierde electrones es porque hay otro que
los gana, los procesos de oxidación y reducción se dan simultáneamente
por lo que se les denomina, de forma abreviada, red-ox, o redox.
Reacciones de oxidación-reducción
En la reacción:
2 Na + Cl2 2 NaCl
El sodio con número de oxidación cero pasa a formar cloruro de sodio, donde su número de oxidación es +1. Se ha producido una oxidación:
Na° Na+ + 1e-
El cloro pasa de número de oxidación cero a -1. Se ha producido una reducción:
Cl2° + 2e- 2 Cl-
Como ambas reacciones de oxidación y reducción se dan simultáneamente,
a cada una de ellas se las llama semirreacciones, y la reacción total es la
suma de ambas:
2Na 2Na+ + 2e- Reacción de oxidación
Cl2 + 2e- 2Cl- Reacción de reducción
2Na + Cl2 + 2e- 2NaCl + 2e- Reacción total
Podemos concluir que:
Oxidación: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico
pierde electrones, permitiendo un aumento de su número de oxidación.
Reducción: Es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico
gana electrones, lo que se produce en una disminución de su número de oxidación
47
Ejercita lo aprendido Mapa conceptual
Instrucciones: Completa el mapa con los siguientes conceptos: Desplazamiento, Intercambio de iones, Iones, Micro, Neutralización, Nutrientes, Reacciones químicas, Redox, Síntesis, Suelo.
48
Relaciona el método para obtener sales con su ejemplo correspondiente.
A. Metal + No metal Sal ( ) HCl + KOH KCl + H2O
B. Metal + Ácido Sal + Hidrógeno ( ) Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
C. Sal1 + Sal2 Sal3 + Sal4 ( ) 2Na + Cl2 2NaCl
D. Ácido + Base Sal + Agua ( ) NaCl + AgNO3AgCl + NaNO3
Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos que participan
como reactivos y productos. Clasifica las reacciones químicas representadas por
ecuaciones escribiendo sobre las líneas si son redox o no redox.
Tipo de reacción
A) 2K + Cl2 2KCl ________________
B) NaCl + KNO3 KCl + NaNO3 _________________ C) 2HCl + Zn ZnCl2 + H2 _________________ D) HCl + NaOH NaCl + H2O _________________
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) Relaciona las siguientes columnas y selecciona el inciso que conteste
correctamente a cada uno de los métodos de obtención de sales.
a) B1, A2, C3, D4
b) C1, D2, B3, A4
c) A1, C2, D3, B4
d) D1, B2, A3, C4
1. metal + no metal sal
2. metal + ácido sal + hidrógeno
3. sal1 + sal2sal3 + sal4
4. ácido + hidróxido sal + agua
(A) 2Na(s) + Cl2(g) 2NaCl(s)
(B) HCl(ac) + NaOH(ac)NaCl(s) + H2O(l)
(C) 2Fe(s) + 6HCl(ac) 2FeCl3(ac) + 3H2(g)
(D) NaCl(s) + AgNO3(ac)AgCl(s)+ NaNO3(ac)
49
2. ( )¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa una reacción redox? + - + 5+ 2- + - + 5+ 2- a) KCl + NaNO3 NaCl + KNO3 + 2- + + - + - + 2- b) KOH + HCl KCl + H2O 6+ 2- + 2- + 6+ 2- c) SO3 + H2O H2SO4 o + - 3+ - o d) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 3. ( ) Clasifica las siguientes ecuaciones en reacciones redox y no redox
1. reacciones redox
2. reacciones noredox
a) 1: A y C, 2: B y D*
b) 1: B y C 2: A y C
c) 1: B y D 2: B y A
d) 1: A y B 2: A y D
4. ( ) Elige el inciso que relacione correctamente las ecuaciones con el método de obtención de sales. A) 2Na + Cl2 2NaCl B) NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 C) HCl + NaOH NaCl + H2O D) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2
a) A1, B2, D3, C4
b) B1, D2, C3, A4*
c) C1, D2, A3, B4
d) D1, A2, B3, D4 Respuestas: 1C, 2D, 3A, 4B,
A. metal + no metal sal
B. sal1 + sal2 sal3 + sal4
C. metal + ácido sal + hidrógeno
D. ácido + hidróxido sal + agua
1. sal1 + sal2 sal3 + sal4
2. metal + ácido sal + hidrógeno
3. ácido + hidróxido sal + agua
4. metal + no metal sal
50
¿Cómo ayuda la química a determinar la cantidad de sustancias que intervienen en las reacciones de obtención de sales?
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Determina masas moleculares a partir de las masas atómicas. (N2) ● Reconoce el significado cuantitativo de las fórmulas de los compuestos. (N2) ● Interpreta cuantitativamente a las reacciones químicas. (N3) ● Resuelve problemas de cálculos estequiométricos masa-masa en ecuaciones sencillas. (N3) ● Reconoce al mol como unidad asociada al número de partículas (átomos, moléculas, iones). (N2) ● Establece relaciones estequiométricas mol-mol en ecuaciones sencillas. (N3)
COMPUESTO Nombre y fórmula de los compuestos trabajados (N2)
ESTRUCTURA DE LA MATERIA Caracterización de los átomos mediante la masa atómica (N1) Masa molecular (N2) Concepto de mol (N2) REACCIÓN QUÍMICA Representación (N3) Balanceo por inspección (N3) Estequiometría: relación masa-masa y mol-mol (N3)
Mapa conceptual del apartado
51
Introducción:
En los propósitos de este apartado se pretende que el alumno comprenda que la química es una ciencia que estudia a la materia a través de sus propiedades considerando los cambios en la composición de las sustancias y los principios que los explican. Partiendo de un ejemplo de obtención de un fertilizante realizará cálculos estequiométricos masa-masa, destacando:
El balanceo por inspección de la ecuación.
El cálculo de masas molares a partir de masas atómicas.
La interpretación estequiométrica de la ecuación química en función de la masa de las sustancias involucradas.
El cálculo de la masa de un producto a partir de las masas de reactivos, o de la masa de reactivos necesaria para obtener cierta cantidad de producto.
Masa de los átomos y las moléculas
La masa de los átomos y de las moléculas se mide tomando como unidad la
llamada: unidad de masa atómica (u), que corresponde a la doceava parte de la
masa atómica del átomo de carbono 12.
Masa atómica es la masa de un átomo, medida en u. Por ejemplo, cuando
decimos que la masa atómica del calcio es de 40 u. Estamos indicando que es 40
veces mayor que la doceava parte de la masa de un átomo de carbono 12.
Masa molecular es la masa de una molécula, medida en u. Es la suma de las
masas de los átomos que forman la molécula. Ejemplo: La masa molecular del
agua H2O es:
H = 1.0 u X 2 = 2.0 u
O= 16 u X 1 = 16.0 u
Masa molecular del agua = 18.0 u.
El término masa molecular se debe reservar para las sustancias
que existen en forma de moléculas; al referirse a compuestos
iónicos y a otros en los que no existen moléculas es preferible
utilizar la expresión masa fórmula.
Masa molar es la masa, en gramos, de un mol de sus moléculas.
La masa fórmula de un compuesto iónico es la masa, en unidades de masa
atómica, de una unidad fórmula. Su masa molar es la masa, en gramos, de un mol
de unidades fórmula.
52
Determinación de masas atómicas, masa molecular, masa molar y masa
fórmula.
Etanol, C₂H₅OH, un compuesto covalente.
2 átomos de carbono 2X 12.0 u = 24.00 u
6 átomos de hidrógeno 6X 1.00 u = 6.00 u
1 átomo de oxígeno 1X 16.0 u = 16.00 u
Masa molecular de C₂H₅OH 46.00 u.
Masa de un mol de moléculas de C₂H₅OH = 46 g
Masa molar del C₂H₅OH = 46.0 g/mol
Cloruro de calcio, CaCl₂, un compuesto iónico
1 átomo de calcio 1X 40.1u = 40.1 u
2 átomos de cloro 2X 35.5u = 71.0 u
Masa fórmula del cloruro de calcio 111.1 u
Masa de un mol de unidades fórmula de CaCl₂ = 111.1 g
Masa molar del cloruro de calcio = 111.1 g/mol
Masas atómicas, masa molecular, masa molar y masa fórmula.
1 átomo de potasio 1X 39.0 u = 39.0 u
2 átomos de cloro 1X 35.5 u = 35.5 u
Masa fórmula del KCl 74.5 u
Masa de un mol de unidades fórmula del KCl = 74.5 g
Masa molar del KCl = 74.5 g/mol
NaCl Cloruro de sodio, un compuesto iónico
1 átomo de sodio 1X 23.0 u = 23.0 u
1 átomo de cloro 1X 35.5 u = 35.5 u
Masa fórmula del NaCl 58.5 u
Masa de un mol de unidades fórmula del NaCl = 58.5 g
Masa molar del NaCl = 58.5 g/mol
53
Consultar en la tabla periódica las masas atómicas de los elementos y calcular las
masas moleculares de los siguientes fertilizantes importantes:
FERTILIZANTE MASAS ATÓMICAS MASA MOLECULAR
(NH4)2SO4
N= H= S= O=
NH4NO3
N= H= O=
(NH4)2CO3
N= H= C= O=
(NH4)2HPO4
N= H= P= O=
Ca(H2PO4)2∙H2O
Ca= H= P= O=
.
Interpretación cuantitativa de una ecuación química.
a) En la ecuación: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
Una mol de CH4 reacciona con 2mol de O2 para producir una mol de CO2 + un
mol de H2O.
b) En la ecuación: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O
2 mol de NaOH reaccionan con 1 mol de H2SO4 para producir un mol de
Na2SO4 + dos mol de H2O.
c) En la ecuación: 3CaCO3 + 2H3PO4 Ca3(PO4)2 + 3CO2 + 3H2O
Para producir: 1 mol de Ca3(PO4)2 + 3 mol de CO2 + 3mol de H2O es necesario
tener en los reactivos 3 mol de CaCO3 + 2 mol de H3PO4.
d) De la ecuación: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O ¿Cuántos gramos de H2SO4 reaccionarán con 400g de NaOH?
54
El mol como unidad asociada al número de partículas (átomos, moléculas,
iones)
MOL
Mol, unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la
cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos,
moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12
g) de carbono 12. Esa cantidad de partículas es aproximadamente de
6,0221 × 1023, el llamado número de Avogadro. Por tanto, un mol es la cantidad de
cualquier sustancia cuya masa expresada en gramos es numéricamente igual a la
masa molecular de dicha sustancia.
Mol . El concepto de mol se ha generalizado como un número de partículas y es
frecuente encontrar expresiones como: “un mol de átomos, “un mol de iones”, “un
mol de moléculas”, etc. En todos los casos un mol contiene 6.02X1023 partículas:
un mol de moléculas contiene 6.02X1023 moléculas, un mol de iones contiene
6.02X1023 iones etc.
Al número 6.02X1023 se le conoce como
número de Avogadro
Ejercicio. ¿Cuántas moléculas existen en 2 moles
de oxígeno, 3 moles de agua, 0.5 moles de NH₃ y en
100 moles de CO2?
Sustancia Número de moles Número de moléculas
O₂ 2
H₂O 3
NH₃ 0.5
CO2 100
55
Estequiometría
Cuando Lavoisier, en 1789, estableció lo que hoy se conoce como ley de la
conservación de la materia sentó las bases para la estequiometría que la
podemos definir como el procedimiento por medio del cual se determinan las
cantidades de reactivos y
productos que intervienen
en una reacción química.
Su etimología deriva del
griego stoicheion que
significa primer principio o
elemento y metrón que
significa medida.
Pasos fundamentales en la resolución de problemas de estequiometría:
a) Escribir la ecuación química.
b) Balancear la ecuación química.
c) A partir de la ecuación balanceada, calcular las masas, moles o
moléculas de las sustancias que se mencionan en el problema.
Ejemplo:
a) Se escribe la ecuación química: N₂ + H₂ NH₃
b) Se Balancea: N₂ + 3 H₂ 2NH₃
c) Se calcula la masa en gramos de las sustancias.
La masa en gramos de cada una de las sustancias que intervienen en la reacción
química se puede calcular de la siguiente manera:
A partir de la siguiente ecuación matemática:
n = masa (g) Donde n = número de moles
masa molar
Despejando masa (g), tenemos:
Masa (g) = n (moles) X masa molar (g/mol)
56
Ejercicio.
Con base en la siguiente ecuación química, calcular la masa en gramos de cada
una de las sustancias involucradas y llenar la tabla en los espacios
correspondientes.
N₂ + 3H₂ 2NH₃
LEY DE PROUST.
“Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”.
Proust establece en su ley que en la formación de un compuesto
químico, sus elementos químicos guardan entre sí una proporción
fija entre sus masas. Por ejemplo, para formar 10 gramos de
cloruro de sodio se necesitan 6.07 g de cloro y 3.93 g de sodio, por
lo que la proporción entre las masas de ambos elementos
químicos es:
6.07 g de Cl = 1.54 de Cl o bien: 1 de Na 3.93 g Na Na 1.54 Cl
Cl (reactivo) Na (reactivo) NaCl (producto) Relación de combinación entre las masas de cloro y sodio en el NaCl.
6.07 g 3.93 g 10 g 1.54
12.14 g 7.96 g 20 g 1.54
Sí tratamos de que reaccionen 10 g de cloro con 10 g de sodio, no se obtienen 20 gramos de cloruro de sodio, sino una cantidad menor, debido a que la relación de combinación entre las masas de sodio y cloro es de 1/1.54, por lo que: masa de Na = 10 g de Cl 1 de Na = 6.49 g de Na 1.54 Cl De forma que 10 g de cloro reaccionan con 6.49 g de sodio y se forman 16.49 g de
cloruro de sodio y por lo tanto quedan sin reaccionar:
10 g – 6.49 g = 3.51 g de cloro sobrantes.
57
Ejercicio de la ley de Proust. El carbón puro, cuando se quema en exceso de aire,
se combina con el oxígeno y da como único producto una sustancia gaseosa
formada exclusivamente por los elementos por los elementos carbono y oxígeno.
En una serie de experimentos se quemaron 0.85 g; 1.28 g y 1.53 g de carbono y
se recogieron, respectivamente, 3.11 g; 4.68 g y 5.61 g del gas en cuestión. Con
estos datos comprobar la ley de Proust.
Comprobando la ley de las proporciones contantes o ley de Proust:
Tipo Muestra
Masa C (g)
Masa gas (g)
Masa O (g)
Relación masa C/ masa gas
Relación masa C/ masa O
Muestra 1 0.85 3.11 3.11–0.85 = 2.26 0.27 0.37
Muestra 2 1.28 4.68 4.68-1.28= 3.34 0.27 0.37
Muestra 3 1.53 5.61 5.61-1.53 = 4.08 0.27 0.37
Proust estableció también que la composición porcentual de un compuesto
químico era siempre la misma, independientemente de su origen.
Observó que el agua está formada siempre por 11 partes por 100 de hidrógeno y por 89 partes por 100 de oxígeno, sea cual sea su procedencia. Concluyo que en la molécula de agua hay 11 % de Hidrógeno y 89 % de Oxígeno.
Utilizando la siguiente expresión matemática y la tabla periódica, completa la tabla.
% del elemento = masa del elemento X100
masa del compuesto
Molécula de agua
58
PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRÍA
masa – masa y mol – mol
La estequiometría es utilizada para saber cuánto producto se formará a partir de
cierta cantidad de reactivo ó que cantidad de reactivo se necesita para obtener
una cantidad “x” de producto; es por ello que se realizan cálculos
estequiométricos.
Se pueden hacer conversiones estequiométricas masa – masa ó mol – mol
dependiendo de lo que se solicite.
Estequimetría masa – masa: Este proceso se emplea cuando se necesita conocer
la cantidad de cada reactivo que se debe utilizar para producir la masa del
producto que se desee.
Por ejemplo en la relación masa - masa.
Sí se cuenta con 980 g de FeCl3 para realizar la siguiente reacción Química:
FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl
¿Cuántos gramos de Fe(OH)3 se producirán?
1.- Se balancea la ecuación: FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + NaCl
Para balancear una ecuación puedes hacer uso del siguiente diagrama de flujo.
balanceando primero los metales, posteriormente los no metales dejando al final al
oxígeno.
59
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl (ecuación balanceada)
Se comprueba que la ecuación se encuentre balanceada utilizando el siguiente
cuadro.
2. Se realizan cálculos de las masas molares de cada uno de los reactivos y
productos:
REACTIVOS
N° de
átomos
Elementos
PRODUCTOS
N° de
átomos
1 Fe 1
3 Na 3
3 Cl 3
3 H 3
3 O 3
60
3. Se realizan los cálculos correspondientes:
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl
162.20g 106.85g
980g X
Resolviendo:
X = (980g FeCl3) (106.85g Fe(OH)3) = 645.58g de Fe(OH)3
162.20 g FeCl3
Por lo tanto, a partir de 980 g de FeCl3 se producirán 645.58 g de Fe(OH)3
Relación mol – mol. Obtención de sulfato de amonio como fertilizante.
Calcular cuántos gramos de (NH4)2SO4(ac) sulfato de amonio se obtienen al
reaccionar 3500 g de NH4OH(ac) hidróxido de amonio con el suficiente ácido
sulfúrico H2SO4.
NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + H2O(l)
Paso 1. Balancear la ecuación química
2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)
Se comprueba que la ecuación química este balanceada
REACTIVOS N° de
átomos
Elementos
PRODUCTOS N° de átomos
2 N 2
1 S 1
12 H 12
6 O 6
Paso N° 2. Interpretación de las partículas representativas y los mol.
2mol de NH4OH(ac) +1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)
Paso 3. Relación mol – mol
2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O(l)
2mol de NH4OH(ac)+ 1 mol de H2SO4(ac) 1 mol de (NH4)2SO4(ac) + 2 mol de H2O(l)
61
Se procede a realizar cálculos de las masas molares de cada uno de los reactivos
y productos con ayuda de la tabla periódica.
Entonces: 2NH4OH(ac) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4(ac) + 2H2O
70 g 98g 132g 36g
Por lo tanto:
2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac)
70g 132g
3500g X
X = (3500g de NH4OH ) (132g de (NH4)2SO4 ) = 6600 g de (NH4)2SO4
70g de NH4OH
Se producen 6600 g de (NH4)2SO4 .
Paso 4. Relación mol – mol
Calcula cuántas mol de (NH4)2SO4 (sulfato de amonio) se obtienen sí reaccionan
25 mol de NH4OH (hidróxido de amonio) en la ecuación anteriormente propuesta.
2NH4OH(ac) (NH4)2SO4(ac)
2mol 1 mol
25 mol X
Resolviendo:
X = (25 mol de NH4OH) (1 mol de (NH4)2SO4) = 12.5 mol de (NH4)2SO4
2 mol de NH4OH
Se producirán 12.5 mol de (NH4)2SO4
62
Ejercita lo aprendido Instrucciones: Completa los siguientes espacios seleccionando de la lista de
abajo la palabra que corresponda a la definición correcta y posteriormente busca
cada palabra en la sopa de letras.
Es la masa de un átomo, medida en unidades de masa atómica (u).
. Es la suma de las masas atómicas de los átomos que forman
las moléculas.
. Masa en gramos de un mol de cualquier sustancia (átomos,
moléculas, unidades fórmula) es decir, la suma de las masas atómicas de todos
los átomos representados en la fórmula, expresadas en gramos.
Unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la
cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos,
moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12
g) de carbono 12.
.Procedimiento por medio del cual se determinan las cantidades
de reactivos y productos que intervienen en una reacción química.
Al número 6.022X1023 de átomos, moléculas o iones se le conoce como:
. “Cuando dos o más elementos se unen para formar un
compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”
Mol Masa molar Masa atómica
Estequiometría Masa molecular
Ley de Proust
Número de Avogadro
63
SOPA DE LETRAS
M A S A M O L E C U L A R X M D K M
F G I L E I X Z V K N D I O A O Y O
V N N U G W L F J S T Z T Q S C D L
V U J M H N U E N Q P A U X A O T J
W M J W R Q T C V C U P B N A A S F
E E R M A S A M O L A R B O T I U E
I R B Y N O P C O J A D S W O R O N
O O O D H R Z K M O M A U R M T R S
V D F W D H U Q V K T K T T I E P O
L E Q B A E F I W F T I U F C M E I
O A X A J C W N J R E F B X A O D Q
V V R E H H G I M L Q I Q K Q I Y L
Q O Z Z N Z J Q W X A O B G P U E Z
W G K Q B R Y H Z K T Q T K B Q L K
V A R J V F J E V F C V T D B E J D
Y D U U A L S H L D B C X L D T H H
V R Q C A Z H V E J R Y N T H S R S
B O L S N E A Z H B C E N G L E U B
64
SOLUCIÓN
Es la masa de un átomo, medida en unidades de masa atómica (u). Masa atómica.
Masa molecular. Es la suma de las masas atómicas de los átomos que forman las moléculas.
Masa molar. Masa en gramos de un mol de cualquier sustancia ( átomos, moléculas unidades fórmula): es decir, la suma de las masas atómicas de todos lo átomos representados en la fórmula, expresadas en gramos. Unidad básica del sistema internacional de unidades (SI), definida como la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 kg (12 g) de carbono 12. Mol Estequiometría. Procedimiento por medio del cual se determinan las cantidades de reactivos y productos que intervienen en una reacción química. Al número 6.022X1023 de átomos, moléculas o iones se le conoce como: Número de Avogadro Ley de Proust. “Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto, la relación en masa en que lo hacen es siempre la misma”
M A S A M O L E C U L A R X M D K M
F G I L E I X Z V K N D I O A O Y O
V N N U G W L F J S T Z T Q S C D L
V U J M H N U E N Q P A U X A O T J
W M J W R Q T C V C U P B N A A S F
E E R M A S A M O L A R B O T I U E
I R B Y N O P C O J A D S W O R O N
O O O D H R Z K M O M A U R M T R S
V D F W D H U Q V K T K T T I E P O
L E Q B A E F I W F T I U F C M E I
O A X A J C W N J R E F B X A O D Q
V V R E H H G I M L Q I Q K Q I Y L
Q O Z Z N Z J Q W X A O B G P U E Z
W G K Q B R Y H Z K T Q T K B Q L K
V A R J V F J E V F C V T D B E J D
Y D U U A L S H L D B C X L D T H H
V R Q C A Z H V E J R Y N T H S R S
B O L S N E A Z H B C E N G L E U B
65
Resuelve los siguientes problemas de obtención de fertilizantes:
a) El nitrato de amonio es un fertilizante nitrogenado que se obtiene a partir de
amoniaco y ácido nítrico en condiciones específicas de reacción.
NH3 + HNO3 NH4NO3
¿Cuántos gramos de nitrato de amonio NH4NO3 se pueden obtener a partir de
25g de amoniaco NH3?
1. Balancear la ecuación. NH3 + HNO3 NH4NO3
Paso N° 2. Interpretación de las partículas representativas y los moles.
Paso 3. Relación masa – masa
R = 117.6 g de NH4NO3
Paso 4. Relación mol – mol
Calcula ¿Cuántas moles de nitrato de amonio NH4NO3 se obtienen sí se adicionan
a la reacción 12 moles de NH3?
R = 12 moles
b) La urea es un fertilizante que se obtiene a partir de amoniaco y dióxido de
carbono:
NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O
¿Cuántos gramos de amoniaco NH3 se necesitan para obtener 1800 g de urea
(NH2)2CO?
1. Balancear la ecuación NH3 + CO2 (NH2)2CO + H2O
2. Interpretación de las partículas representativas y los moles
Paso 3. Relación masa – masa
R = 1020 g de NH3
Paso 4. Relación mol – mol
Calcular ¿Cuántas mol de urea (NH2)2CO, se obtienen sí se agregan a la reacción
6 mol de NH3?
R = 3 moles de (NH2)2CO.
66
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) Determinar la masa molecular del fertilizante NH4NO3 (nitrato de amonio)
a partir de sus masas atómicas.
a) 31 u
b) 66 u
c) 80u
d) 119 u
2. ( ) Determinar la masa molecular del fertilizante fosfato de calcio Ca3 (PO4)2 a
partir de sus masas atómicas.
a) 87u b) 278u c) 310 u d) 382u
3. ( ) ¿Cuál es la masa de un mol de sulfato de amonio (NH4)2SO4?
Masa molar
a) 15 g H = 1 g/mol
b) 70 g N = 14 g/mol
c) 132 g O = 16 g/mol
d) 212 g S = 32 g/mol
4. ( ) La siguiente ecuación 2KOH + H2SO4 K2SO4 +2 H2O
Indica que 112 g de KOH reaccionan con 98 g de H2SO4 para obtener 174 g de
K2SO4 y H2O ¿Qué cantidad de agua se produce?
a) 18 g Masa molar b) 36 g H = 1 g/mol c) 72 g O = 16 g/mol d) 148 g K = 39 g/mol S = 32 g/mol 5. ( ) La reacción de obtención del fertilizante “cloruro de potasio” se
representa KOH + HCl KCl + H2O
Si reacciona completamente 56 g de hidróxido de potasio y se producen 74 g de KCl con 18 g de agua determina ¿Cuántos gramos de HCl se requieren?
Elemento Masa atómica
H 1u
N 14 u
O 16 u
Elemento Masa atómica
Ca 40u
P 31 u
O 16 u
a) 18 g Masa molar b) 36 g H = 1 g/mol c) 72 g O = 16 g/mol d) 148 g K = 39 g/mol Cl =35 g/mol
67
6. ( ) En base a la ecuación: H2SO4 + 2 NH4OH (NH4)2SO4 + 2 H2O
¿Cuánto ácido sulfúrico se requiere para obtener 66 g de sulfato de amonio?
masa atómica
a) 49 g H = 1 g
b) 66 g N = 14 g
c) 98 g O = 16 g
d) 147 g S = 32 g
7. ( ) Un mol de cualquier sustancia contiene __________ partículas (átomos,
moléculas o iones)
a) 23 x 106
b) 6.023 x 1024
c) 6.023 x 1023
d) 10236.023
8. ( ) ¿A cuántos mol de potasio corresponden 3.0115 X 1023 átomos de dicho
elemento?
a) 0.2
b) 0.4
c) 0.5
d) 2.0
9. ( ) La siguiente ecuación KOH + HCl KCl + H2O representa la obtención
del fertilizante KCl. Si reacciona completamente 1.5 mol del hidróxido de potasio
¿Cuántos mol de KCl se obtienen?
a) 1.0
b) 1.5
c) 2.5
d) 3.0
10. ( ) La siguiente ecuación corresponde a la obtención del amoniaco:
N2 + 3H2 2NH3.
Si reacciona completamente 1.5 mol del hidrógeno con el nitrógeno ¿Cuántas
mol de amoniaco se obtienen?
a) 1.0
b) 1.5
c) 2.5
d) 3.0
Respuestas: 1C, 2C, 3C, 4B, 5B, 6A, 7C, 8C, 9B, 10A.
68
¿Qué importancia tiene conocer la acidez del suelo?
Mapa conceptual del apartado
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Diferencia mediante sus propiedades a los ácidos y las bases. (N2) ● Reconoce al pH como una medida para determinar el carácter ácido, básico o neutro de una sustancia. (N2) ● Establece que la reacción de neutralización es el resultado de la combinación de ácidos y bases. (N2) ● Define a los ácidos y a las bases según Arrhenius. (N2)
COMPUESTO Concepto de ácido, base (de Arrhenius) y sal (N2) Nombre y fórmula de ácidos, hidróxidos y sales (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de ión (iones hidrógeno e hidróxido) (N2) REACCIÓN QUÍMICA Concepto (N2) Representación (N3) Concepto de disociación (N1) Reacciones de neutralización (N2)
69
CARACTERÍSTICAS DE ÁCIDOS Y BASES. El término ácido proviene del latín acidus que significa “agrio”, y se refiere al sabor característico de estos compuestos. Las bases también se denominan álcalis, nombre que proviene del griego alqili y que significa “ceniza”, porque estas eran la fuente de donde se obtenían los álcalis. Ácidos:
Los ácidos tienen sabor agrio; por ejemplo, el vinagre debe su sabor al ácido acético, y los limones y otros frutos cítricos contienen ácido cítrico.
Los ácidos ocasionan cambios de color en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.
Los ácidos reaccionan con algunos metales, como zinc, magnesio o hierro para producir hidrógeno gaseoso. Una reacción típica es la que sucede entre el ácido clorhídrico y el magnesio:
Los ácidos reaccionan con los carbonatos y bicarbonatos, como Na2C03, CaC03 y NaHC03, para formar dióxido de carbono gaseoso. Por ejemplo: 2HCl(ac) + CaC03 (s) CaCl2 (ac) + H20(I) + CO2 (g)
HCl(ac) + NaHC03 (s) NaCl(ac) + H20(I) + CO2 (g)
Las disoluciones acuosas de los ácidos conducen la electricidad.
Bases: Las bases tienen sabor amargo.
Las bases se sienten resbaladizas; por ejemplo, los jabones, que contienen bases, muestran esta propiedad.
Las bases producen cambios de color en los colorantes vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de rojo a azul.
Las disoluciones acuosas de las bases conducen la electricidad.
Tabla de algunos indicadores más comunes
Una sal es un compuesto químico formado por cationes (iones con carga positiva)
enlazados a aniones (iones con carga negativa) mediante un enlace iónico.
70
El pH y su escala:
El pH en un término que se utiliza para determinar el carácter ácido, básico o
neutro de una sustancia, éste se mide por la concentración del ion hidrógeno; los
valores de pH están comprendidos en una escala de 0 a 14, el valor medio es 7; el
cual corresponde a solución neutra por ejemplo agua, los valores que se
encuentran por debajo de 7 indican soluciones ácidas y valores por encima de 7
corresponde a soluciones básicas o alcalinas.
Algunas sustancias ácidas y básicas de uso cotidiano
71
Neutralización ácido-base Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente, en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, que es un compuesto iónico formado por un catión distinto del H+ y un anión distinto del OH- u 02-:
ácido + base sal + agua La sustancia conocida como sal de mesa, NaCl, es producto de la reacción ácido-base. HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H20(I)
Definición de ácido y base según Arrhenius. Según las deducciones del sueco w:Arrhenius, al desarrollar su
propia teoría sobre la constitución iónica de las disoluciones
electrolíticas:
● Los ácidos son sustancias que (al disolverse en agua) producen iones H+. ● Las bases son compuestos que (al disolverse en agua) originan iones (OH)-.
Ejemplos:
HCl(ac) Cl-(ac) + H+(ac)
NaOH(s) + H2O(l) Na+(ac) + OH-(ac)
Podemos observar que, aunque es muy útil, esta teoría es bastante restringida:
Solo se contemplan disoluciones acuosas.
+
(ac) (ac)
+ (ac) (ac) (s)
+
Arrhenius
72
Ejercita lo aprendido 1. ( ) Procedimiento. a una muestra de suelo se le agregó agua destilada, se
mezcló y se dejó reposar. Posteriormente se filtró y se tomaron 2 ml del filtrado en
un tubo de ensaye, se le agregan dos gotas de indicador universal, se desarrolla
un color naranja, la coloración que muestra el filtrado de suelo indica que la
disolución tiene un pH ácido la cual muestra la presencia de:
a) elementos
b) mezclas
c) iones
d) compuestos
2. ( ) Cuando decimos que una sustancia presenta la misma concentración de iones ( OH–) que de iones ( H + ), indicamos que la sustancia es:
a) ácida
b) básica
c) neutra
d) sólida
3. Instrucción. Completa el siguiente esquema escribiendo sobre la escala de pH. el ion o compuesto generador de la acidez, alcalinidad y neutralidad de las sustancias químicas:
---------------------------------/-------------------------------
0 7 14
Iones: Cl-1, OH- , H+ Compuesto: H2O
Coloca la palabra correspondiente. La ecuación general para las reacciones de
neutralización es:
H2SO4 + ___________ Na2SO4 + _______________
base / agua base / agua
73
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) Elige el inciso que relacione correctamente propiedades de los ácidos y
de las bases.
(A) ACIDOS
(B) BASES
1. Adquieren color rojo con indicador universal
2. Adquieren color azul con indicador universal
3. Resbalosas al tacto
4. Al reaccionar con los metales desprenden
hidrógeno
a) A: 1,2 y B: 3,4
b) A: 2,3 y B: 1,4
c) A: 3,4 y B: 1,2
d) A: 1,4 y B: 2,3
2. ( ) El pH es una propiedad química cuyo valor determina:
a) la concentración de una disolución acuosa
b) el grado de acidez, basicidad o neutralidad de una disolución
c) la cantidad de corriente que pasa por una disolución
d) el grado de solubilidad de un soluto en una disolución
3. ( ) La ecuación: HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O, representa una
reacción de:
a) análisis b) neutralización c) descomposición d) oxidación y reducción
4. ( ) La reacción de neutralización se lleva a cabo entre un:
a) ácido con un metal
b) metal con un no metal
c) ácido con un hidróxido
d) óxido metálico con agua
74
5. ( ) Para producir una sal y agua por medio de una reacción de neutralización,
los reactivos deben ser:
a) metal y ácido b) ácido e hidróxido c) metal y no metal d) no metal e hidróxido
6. ( ) De acuerdo con Arrhenius ¿Qué ecuación representa el comportamiento
de una base o hidróxido?
a) H2O(l) 2H+(ac) + OH-
(ac)
b) HCl(g) + H2O(l)H+(ac) + Cl-(ac)
c) NaOH(s) + H2O(l)Na+(ac) + OH-
(ac)
d) NaCl(s) + H2O(l)Na+(ac) + Cl-(ac)
7. ( ) De acuerdo con Arrhenius ¿Qué ecuación representa el comportamiento
de un ácido?
a) H2O(l)2H+(ac) + OH-
(ac)
b) HCl(g) + H2O(l) H+(ac) + Cl-(ac)
c) NaOH(s) + H2O(l) Na+(ac) + OH-
(ac)
d) NaCl(s) + H2O(l)Na+(ac) + Cl-(ac)
8. ( ) Al determinar el pH de diferentes disoluciones se encontraron los
siguientes valores
Disolución 1 2 3 4 5 6
7.6 9.8 4.5 2.3 4.0 11.6
Elige el inciso que contiene únicamente disoluciones ácidas.
a) 3, 4, 5
b) 1, 3, 4
c) 2, 4, 6
d) 2, 3, 4
Respuestas: 1D, 2B, 3B, 4C, 5B, 6C, 7B, 8A
75
¿Por qué es necesario preservar el suelo? ¿Es el suelo un recurso natural inagotable?
Mapa conceptual del apartado
Degradación del suelo
Se entiende por degradación del suelo cualquier pérdida de la fertilidad y calidad
del mismo, necesarias para el buen desarrollo y rendimiento de los cultivos, la
degradación del suelo lo hace inadecuado para la agricultura.
Los procesos que provocan la degradación son: erosión, salinización, inundación,
empobrecimiento, deterioro de la estructura, contaminación y desertificación. Entre
estos procesos de degradación destacan por su importancia:
Erosión
La palabra erosión proviene del latín erosio = roedura y consiste en la pérdida
gradual de material que constituye el suelo, al ser arrastradas las partícula de la
superficie. La erosión es un proceso natural, pero se acelera por las actividades
humanas por ejemplo la tala de árboles.
76
Fertilizantes
Un fertilizante es un material que, proporciona uno o más de los nutrientes que necesitan los vegetales para su desarrollo; su origen es sintético. Por otro lado, los abonos son materiales en descomposición que aportan nutrientes a los suelos; su origen puede ser vegetal y animal. El nitrógeno, el fósforo, el potasio (NPK) y el calcio (comúnmente abastecido por la práctica agrícola en forma de cal) son elementos químicos que más frecuentemente se encuentras restringidos en su abastecimiento dentro del suelo. Los fertilizantes se clasifican en nitrogenados, fosfatados, potásicos y orgánicos (abonos).
a) Fertilizantes nitrogenados. El más utilizado es el nitrato de amonio. Se utiliza también el sulfato de amonio y la urea. Se obtienen principalmente a partir del amoniaco.
b) Fertilizantes fosforados. Se obtienen a partir de rocas fosfóricas. El compuesto soluble más empleado es el fosfato de amonio (NH4)3PO4, a veces se usan otras mezclas obtenidas del ataque de las rocas con ácidos.
c) Fertilizantes potásicos. Los más usuales son el cloruro de potasio, el sulfato de potasio y el nitrato de potasio (nitrato de chile). Se obtiene del aprovechamiento de las sales de potasio de los yacimientos minerales.
d) Fertilizantes orgánicos. Se utilizan en la agricultura tradicional (no tecnificada). Es el estiércol; actualmente se está desarrollando ampliamente la producción de composta, que es una mezcla de materia orgánica descompuesta obtenida de los residuos de las basuras (por eso se pide separarla al tirarla en depósitos especiales), lodos de desagües urbanos, residuos agroforestales y excrementos de animales. Tienen menor cantidad de nutrientes, pero estos son reciclables por lo que disminuyen el riesgo de contaminación por los fertilizantes sintéticos.
Contaminación de suelos, basura y reciclaje de residuos
La contaminación del suelo es la introducción de sustancias extrañas a la superficie terrestre. Estos elementos perjudican de forma grave la salud de las personas, de animales y plantas. Muchas veces este tipo de contaminación entra en contacto con el agua potable de estos sitios agravando la situación. Sobre el suelo realizamos actividades para el crecimiento y mantenimiento de muchas familias como la agricultura, la
industria o la construcción de ciudades. El hecho que se altere la calidad de la tierra y como consecuencia se produzca una grave crisis alimentaria, repercute en la forma de vida y en el futuro de las generaciones venideras, porque ellas no tendrán un lugar donde plantar sus alimentos ni construir una casa donde vivir.
77
Causas de la contaminación del suelo:
● Ruptura de tanques de almacenamiento subterráneo: es un método seguro de almacenar líquidos inflamables o combustibles pero pueden romperse a causa de la excesiva carga de tierra a su alrededor o tapando la entrada de desechos o por las vibraciones del tráfico. ● Excesivo uso de pesticidas en plantaciones como los insecticidas, herbicidas y fertilizantes. ● Arrojar basura en lugares no destinados para ese uso: plásticos, vidrios o papel que tardan cientos de años en descomponerse. ● Los desechos tóxicos que liberan las industrias sin un control por parte de las organizaciones encargadas de vigilar esta actividad. La alteración de los suelos trae como consecuencia la pérdida de calidad del terreno y su desvalorización ante posible venta del mismo. También deteriora el paisaje ya que las sustancias tóxicas vertidas matan o extinguen a especies animales y vegetales autóctonos de la región sin la posibilidad de recuperarlos. La contaminación del suelo perjudica las actividades económicas de los pueblos o comunidades afectados porque la presencia de contaminantes.
Cultivo sin suelo (hidroponía)
Durante los últimos años se viene mostrando un marcado interés por el medio
ambiente, lo que ha facilitado el estudio del impacto
ambiental de la actividad agraria sobre la atmósfera, el
suelo y las aguas superficiales y de escorrentía. Los
cultivos sin suelo presentan unas características
diferenciales importantes en comparación con el cultivo
en suelo natural, entre ellas cabe citar: a) el control
riguroso de los aspectos relacionados con el suministro
de agua y nutrientes, especialmente cuando se trabaja
en sistemas cerrados y b) la capacidad de acogida de
residuos y subproductos para ser utilizados como sustratos de cultivo.
No obstante la industria de los cultivos sin suelo genera una serie de
contaminantes procedentes de: a) la lixiviación de los nutrientes, especialmente en
sistemas abiertos, b) el vertido de materiales de desecho, c) la emisión de
productos fitosanitarios y gases y d) el consumo extra de energía.
78
SEGUNDA UNIDAD
ALIMENTOS, PROVEEDORES
DE SUSTANCIAS ESENCIALES
PARA LA VIDA
79
¿Por qué comemos? Mapa conceptual sobre lo que aprenderás en este apartado
INTRODUCCIÓN
Es importante que el alumno valore que el ingerir alimentos es una necesidad innata del ser humano. En ellos están contenidos los
nutrimentos, que son los elementos más sencillos que todas las células del organismo necesita para llevar a cabo sus funciones. Los
nutrimentos deben ingerirse en una proporción adecuada de acuerdo a las necesidades que el organismo tiene de cada uno de ellos. Si esta
proporción no es respetada el excedente del nutrimento consumido es
convertido en energía de reserva en forma de tejido adiposo o en sustancias dañinas para el organismo fomentando el sobrepeso, la
obesidad y la aparición de otras enfermedades. Lo anterior, explica porque una alimentación correcta es uno de los pilares en la prevención
de enfermedades como sobrepeso, obesidad, diabetes, hipertensión y enfermedades cardiovasculares entre muchas otras.
80
En el suelo las plantas encuentran todos los nutrientes indispensables para subsistir. Cada uno de esos nutrientes tiene una función específica: el fósforo permite el crecimiento; el nitrógeno estimula la producción de hojas abundantes; el potasio y el calcio favorecen el desarrollo armónico de los vegetales y el hierro aumenta la coloración verde, lográndose con ello la producción de alimentos.
¿Por qué comemos? Cuando ingerimos alimentos, es decir, cuando comemos, no solo saciamos nuestro apetito y disfrutamos con ello, sino que estamos aportando a nuestro organismo los nutrientes que necesita para la vida. Los nutrientes son sustancias que el cuerpo humano requiere para llevar a cabo distintas funciones y que solo puede adquirir a través de los alimentos. Los nutrientes son unas sustancias que se encuentran presentes en los alimentos y que son imprescindibles para el desarrollo y el mantenimiento del cuerpo humano. Diferencia entre comer y nutrirse Es importante destacar que, aunque los términos alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, sus significados son diferentes. La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y al conjunto de procesos involuntarios, como la digestión y absorción de sus componentes o nutrientes, su metabolismo y la eliminación de los desechos celulares del organismo. La alimentación, sin embargo, es un conjunto de actos voluntarios que abarcan la elección el alimento, cómo lo preparamos y lo comemos. El hecho de comer y el modo como lo hacemos tiene una gran relación con el ambiente en el que vivimos y determinan, en gran parte, los hábitos alimentarios y los estilos de vida de las personas. La ciencia de la nutrición tiene como objeto de estudio a los nutrientes que se encuentran en los alimentos (las sustancias que se digieren y absorben por el organismo para ser utilizadas luego en el metabolismo intermedio), su función, las reacciones del organismo para efectuarse tres procesos: 1. Digestión: Acción o efecto de convertir los alimentos en sustancias químicas que puedan ser absorbidas y asimiladas por el organismo, 2. Asimilación: Transformación de los alimentos en tejidos vivientes. 3. Nutrición: Suma de los procesos que participan en la incorporación de los nutrientes, así como en la asimilación y utilización de los mismos.
81
Obesidad y desnutrición Un término poco frecuente pero de gran impacto es la llamada transición nutricional, la cual explica la coexistencia del sobrepeso y la obesidad con problemas aún vigentes de desnutrición y carencias alimentarias en la población infantil y adolescente en México. El exceso de peso en niños representa hoy en
día uno de los problemas más serios que enfrenta la salud pública, principalmente porque la obesidad es un factor de riesgo de varias afecciones crónicas, cuya atención y tratamiento requiere de altos costos financieros; además, el impacto epidemiológico reside en que, al parecer, existe una correlación significativa entre el peso en la niñez y el peso en vida adulta. En ese sentido, la detección y atención precoz de la obesidad infantil es importante porque es el mejor momento para intentar evitar la
progresión de la enfermedad y la morbilidad asociada con la misma. La obesidad y el sobrepeso se definen como una acumulación anormal o excesiva de grasa que puede ser perjudicial para la salud, resultado de un desequilibrio entre la ingestión y el gasto energético. Este desequilibrio es frecuentemente consecuencia de la ingestión de dietas bajas en fibra con alta densidad energética, y bebidas azucaradas, en combinación con una escasa actividad física (uso excesivo de la televisión y los videojuegos). La obesidad es una enfermedad crónica que se reconoce como una epidemia mundial. Está presente en países desarrollados y no desarrollados. Medición del sobre peso y la obesidad (Sp/Ob), El Sp/Ob es el resultado del desequilibrio entre la ingesta calórica y el gasto
energético. Este desequilibrio provoca la acumulación en exceso de grasa
corporal, que puede medirse de manera sencilla a través del Índice de Masa
Corporal (IMC). El IMC resulta de relacionar el peso en kg y dividirlo entre la
talla en metros elevada al cuadrado; se aplica tanto a adultos como a niños
entre los 2 y 18 años.
Los valores que se obtienen dependen en función de la edad, el sexo y de otros factos como lo puede ser la proporción entre tejido muscular y adiposo. La OMS realizó la siguiente tabla que no diferencia entre sexo y edad.
CLASIFICACIÓN IMC
Infrapeso ˂ 18,50
Delgadez severa ˂ 16,00
Delgasez moderada 16,00 ─ 16,99
Delgasez aceptable 17,00 ─ 18,49
Normal 18,50 ─ 24,99
Sobrepeso 25,00 ─ 29,99
Obesidad ≥ 30,00
Obesidad tipo I 30,00 ─ 34,99
Obesidad tipo II 35,00 ─ 39,99
Obesidad mórbida ≥ 40,00
82
Ejercita lo aprendido ¿SABEMOS LO QUE COMEMOS?
NOMBRE__________________APELLIDOS____________________________
EDAD _________ SEXO H M
PESO _______kg ALTURA _______m IMC __________ CINTURA _______cm
1. ¿Realizas ejercicio de manera habitual? Sí No
¿Con qué frecuencia? (horas/semana) 1‐2 3‐4 5‐6 +7
2. ¿Realizas alguna comida solo? Sí No
¿Cuáles? Desayuno Comida Cena
3. ¿Visitas restaurantes de comida rápida? Sí No
¿Con qué frecuencia? 3‐5 días/semana 1‐2 días/semana 1‐3 días/mes
¿Cuáles?__________________________________________________________.
4. ¿Has realizado alguna vez una dieta de adelgazamiento? Sí No
¿Cómo la obtuviste? Médico/nutricionista Internet Amigo/conocido Otros
5. ¿Sueles comer comida precocinada? Sí No
¿Con qué frecuencia? Todos los días 4‐6 días/semana 1‐3 días/semana
6. Define alimentación saludable: _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Crees que tu alimentación es saludable? Si No
7. Señala con una M la silueta que representa tu imagen corporal, y con una D la
silueta que desearía tener:
83
8. Realiza una lista con todos los alimentos que tomaste el día anterior, incluyendo bebidas, indicando las cantidades aproximadas de cada uno: DESAYUNO__________________________________________________________________________________________________________________________ MEDIA MAÑANA____________________________________________________ COMIDA_____________________________________________________________________________________________________________________________ MERIENDA__________________________________________________________________________________________________________________________ CENA_____________________________________________________________ EXTRAS_____________________________________________________________________________________________________________________________ Completa la siguiente tabla con los datos que se solicitan y hacer un debate grupal posteriormente sacar conclusiones de los aprendido.
NOMBRE
Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo
Desayuno
Almuerzo
Comida
Merienda
Cena
Extras
84
¿Qué tipo de sustancias constituye a los alimentos?
Mapa conceptual que guiará la cobertura del apartado
Iintroducción Los alimentos pueden contener nutrientes como el agua, grasas, carbohidratos, proteínas, vitaminas y minerales. El agua y los minerales son sustancias inorgánicas, mientras que las grasas, carbohidratos, proteínas y vitaminas son sustancias orgánicas; esto es, son compuestos del carbono. Por lo anterior se puede afirmar que los alimentos son mezclas de compuestos orgánicos e inorgánicos.
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Reconoce a los alimentos como mezclas que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos (agua y sales minerales). (N3) ● Describe las principales diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono. (N2)
MEZCLA Concepto (N3) COMPUESTO Diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono (N2)
85
Reconocimiento de los alimentos como mezclas que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos (agua y sales minerales) Para cada uno de los alimentos que se muestran en las siguientes figuras identifica: 1 Si es una mezcla o un compuesto 4. Si el compuesto es orgánico o inorgánico
Respuestas
Principales diferencias entre los compuestos inorgánicos y los compuestos del carbono. Compuestos orgánicos. Son muy abundantes en comparación con los inorgánicos, se encuentran en muchos alimentos, nuestro organismo está constituido en su gran mayoría por moléculas orgánicas y agua. Están formados principalmente por átomos de carbono que se unen entre sí formando cadenas, esta propiedad se llama concatenación, contienen también en su molécula hidrógeno y pueden tener oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre (CHONPS) y en ocasiones otros elementos. Están formados principalmente por elementos no metálicos que presentan poca diferencia de electronegatividad entre ellos, por eso al enlazarse comparten electrones y forman enlaces llamados covalentes, forman moléculas y sus propiedades están asociadas a este tipo de enlace: no se disuelven en agua, son solubles en disolventes orgánicos como es la gasolina y no conducen la corriente eléctrica, tienen bajos puntos de fusión y ebullición y pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Otra característica de estas sustancias es que son combustibles, reaccionan con el oxígeno en una reacción exotérmica en la que se genera energía, bióxido de carbono, CO2 y vapor de agua. Existen compuestos que contienen carbono, como son los carburos, los carbonatos y el bióxido de carbono que no pueden ser considerados como orgánicos porque no forman cadenas y tienen propiedades diferentes. Compuestos Inorgánicos. Las propiedades de estos compuestos se explican mediante su enlace iónico: son solubles en agua, conducen la corriente eléctrica fundidos o disueltos en agua, presentan altos puntos de fusión y ebullición y la mayoría son sólidos. El agua es el más abundante entre los compuestos inorgánicos.
Carne
Sal Pescado
Cereal
Mantequilla Platano Núez
Mezclas Compuestos
Agua Azúcar
86
Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos.
COMPUESTOS ORGÁNICOS
COMPUESTOS INORGÁNICOS
1. Contienen carbono, casi siempre hidrógeno y con frecuencia oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y fósforo.
1. Están constituidos por combinaciones entre los elementos de la tabla periódica.
2. El número de compuestos que contienen carbono es mucho mayor que el de los compuestos que no los contienen.
2. El número de compuestos es mucho menor que el de los compuestos del orgánicos.
3. El enlace más frecuente es el covalente.
3. El enlace más frecuente es el iónico.
4. Presentan la propiedad llamada concatenación; es decir, los átomos de carbono tienen la capacidad de combinarse entre sí por enlaces covalentes formando largas cadenas.
4. No presentan concatenación.
5. Presentan isomería; es decir, una fórmula molecular puede referirse a dos o más compuestos. Ejemplo, la fórmula C2H6O puede representar al alcohol etílico o al éter dimetilico.
5. No presentan isomería.
6. La mayoría son combustibles. 6. Por lo general, no arden.
7. Se descomponen fácilmente por el calor.
7. Resisten temperaturas elevadas
8. Son gases, líquidos o sólidos de bajos puntos de fusión.
8. Por lo general, son sólidos de puntos de fusión elevados.
9. Generalmente son solubles en disolventes orgánicos como éter, alcohol, benceno, cloroformo etc.
9. Generalmente son solubles en agua.
10. Pocas soluciones de sus compuestos se ionizan y prácticamente no conducen la corriente eléctrica.
10. En solución, la mayoría se ionizan y conducen la corriente eléctrica.
11. Las reacciones son lentas y rara vez cuantitativas
11. Reaccionan, casi siempre, rápida y cuantitativamente.
87
Ejercita lo aprendido Efectúa la siguiente lectura y posteriormente completa la tabla de abajo. Lectura: DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS. ELEMENTOS PARTICIPANTES Los compuestos orgánicos, están formados por unos cuantos elementos, entre los que se encuentran: el carbono como principal, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo, el azufre, los halógenos y algunos metales, con los cuales generan una enorme cantidad de compuestos que rebasan los 13 millones, mientras que los compuestos inorgánicos están constituidos por todos los compuestos que resultan de todas las posibles combinaciones de los elementos conocidos hasta hoy, incluyendo algunos compuestos del carbono como el monóxido de carbono CO, el bióxido de carbono CO2, el disulfuro de carbono CS2, el tetracloruro de carbono y los llamados carburos metálicos, que en conjunto son aproximadamente más de 500,000. Esta gran diferencia varía con el tiempo, ya que a diario se realizan trabajos de síntesis de otros compuestos que existen en la naturaleza, o bien, de los nuevos que se van generando. ESTABILIDAD y SOLUBILIDAD Los compuestos orgánicos son sólidos, líquidos y gaseosos, muy inestables a la acción de los agentes fisicoquímicos, tales como el calor ya que funden a bajas temperaturas y si se continúan calentando, entran en combustión y hasta se carbonizan. Los compuestos orgánicos son fácilmente solubles en solventes no polares como el alcohol, éter, acetona, benceno, entre otros. En relación con el tipo de estructuras que forman, éstas son complejas y de elevadas masas moleculares, siendo sus reacciones comparativamente lentas. Por otro lado, los compuestos inorgánicos en general son sólidos, mucho más resistentes al calor, ya la acción de agentes químicos como el ácido sulfúrico con el que son más estables, Además, los compuestos inorgánicos se disuelven más fácilmente en agua que es un solvente polar, siendo sus estructuras moleculares más sencillas, de baja masa molecular y por lo general, sus reacciones son muy rápidas. ENLACES En los compuestos orgánicos predominan las moléculas con enlace covalente, los cuales al disolverse en solventes no polares no conducen la corriente eléctrica pues no forman iones, incluso algunos como el azúcar al disolverse en agua destilada no se ioniza, y en general, sus puntos de fusión y ebullición son bajos. Por otro lado en las sustancias inorgánicas, predominan los compuestos iónicos, o bien, los compuestos, cuyas moléculas son polares. Los compuestos que presentan enlace iónico ya sea fundidos o en disolución, conducen la corriente eléctrica. Sus puntos de fusión y de ebullición son altos. ISOMERÍA Es frecuente en el estudio de la química orgánica, y muy rara vez aparece en la química inorgánica, entendiéndose como isomería a la propiedad que manifiestan dos o más sustancias al presentar la misma fórmula molecular, y composición-centesimal, pero estructura y propiedades diferentes.
88
Instrucciones: A partir de la lectura “Diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos” completa el siguiente cuadro comparativo:
Propiedad Compuestos Inorgánicos
Compuestos Orgánicos
Elementos que participan
Número de compuestos conocidos.
Tipos de enlace
Se pueden disolver en:
Conductividad eléctrica
Estabilidad térmica (decir si son resistente o son inestables al calor
Estado de agregación
Puntos de fusión y ebullición (decir si son altos o bajos)
Isomería (Si o No)
89
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) ¿Qué tipo de sustancias son los alimentos?
a) mezclas
b) elementos
c) compuestos inorgánicos
d) compuestos orgánicos
2. ( ) Un alimento está constituido por:
a) agua y sales inorgánicas
b) compuestos del carbono y agua
c) compuestos orgánicos e inorgánicos
d) elementos metálicos y no metálicos
3. ( ) Los compuestos orgánicos se caracterizan porque:
a) son solubles en agua
b) forman enlaces iónicos
c) son buenos electrolitos
d) presentan enlaces covalentes
4. ( ) Los compuestos del carbono:
a) tienen altos puntos de fusión
b) son solubles en solventes orgánicos
c) son resistentes al calor
d) en solución acuosa conducen la corriente eléctrica
5. ( ) Los compuestos inorgánicos:
a) generalmente son solubles en agua
b) son muy solubles en solventes orgánicos
c) sus puntos de fusión son bajos
d) no se disuelven en agua
Respuestas: 1A, 2 , 3D, 4B, 5A
90
¿Por qué el carbono es el elemento predominante en los alimentos?
Alimentación saludable. Es aquélla que mantiene un equilibrio entre los aportes
de alimentos y los requerimientos de nutrientes, con el objetivo final de asegurar
una correcta salud individual.
Los nutrientes son sustancias que se encuentran presentes en los alimentos y
que son imprescindibles para el desarrollo y el mantenimiento del cuerpo humano.
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Señala cuáles son los macro y micro nutrimentos indispensables para los humanos. ● Establece a partir de los electrones de valencia y de su valor de electronegatividad que el carbono es tetravalente y que las uniones C-C y carbono con otro elemento son covalentes. (N2) ● Reconoce la capacidad del carbono para formar enlaces sencillos, dobles y triples, con base en su distribución electrónica. (N2) ● Explica mediante la estructura atómica del carbono su capacidad para formar cadenas. (N2) ● Clasifica a los hidrocarburos en saturados e insaturados por su tipo de enlace. (N2) ● Representa hidrocarburos sencillos por medio de fórmulas semidesarrolladas. (N2) Reconoce la importancia de la posición de los átomos en las moléculas mediante la elaboración de modelos estructurales. (N3)
COMPUESTO Propiedades de los compuestos del carbono (N2) Hidrocarburos saturados e insaturados (N2) Representación por medio de fórmulas (N2) ELEMENTO Elementos presentes en los compuestos del carbono (N1) ENLACE Enlace covalente sencillo, doble y triple (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Configuración electrónica del carbono (N2) Concepto de molécula y su representación por medio de fórmulas (N2) Isómeros estructurales (N2) Relación entre la estructura de las moléculas y las propiedades de los compuestos (N3)
91
Mapa conceptual que guiará la cobertura del apartado
Hay seis tipos de nutrientes indispensables para los humanos y se pueden clasificar en dos grupos: ● Macronutrientes. Son aquéllos que necesitamos en grandes cantidades (g). Pertenecen a este grupo los carbohidratos, grasas, proteínas y agua. ● Micronutrientes. Son aquéllos que necesitamos en pequeñas cantidad, aunque son muy importantes (mg ó μg). Pertenecen a este grupo las vitaminas y los minerales. También podemos clasificar los nutrientes según el tipo de función que realizan en el organismo, diferenciando tres grupos: ●Energéticos. Permiten el mantenimiento de las funciones esenciales y la actividad física (grasas, carbohidratos y proteínas). ● Constructores. Son los encargados del crecimiento, el mantenimiento y la renovación de los tejidos (proteínas, minerales, grasas, agua, carbohidratos y sales). ● Facilitan los mecanismos de defensa del organismo (vitaminas, sales minerales, proteínas y grasas).
92
Clasificación de los nutrientes
El carbono es un elemento que se encuentra en el grupo IV (14) y en el segundo periodo de la tabla periódica.
Posee un número atómico Z = 6 y cuatro electrones en la capa de valencia, por lo que lo podemos representar mediante diagramas de Lewis de la siguiente manera:
93
Sí observas la siguiente tabla puede advertirse que la electronegatividad del
carbono es el valor intermedio para elementos del periodo dos.
Lo anterior significa que los átomos de carbono tienen mayor fuerza de atracción por los electrones en los enlaces químicos, que los elementos más metálicos del periodo (Li, Be, B,) pero menor que los de los no metales (N,O,F). Para completar el octeto, el átomo de carbono debería ganar cuatro electrones (tomando la distribución electrónica del Ne) o perder cuatro electrones (tomando la distribución electrónica del He). Ambos procesos (ganancia o pérdida de cuatro electrones) son energéticamente
desfavorables para él. Por lo anterior, el carbono tiene poca tendencia a formar tanto cationes C4+ como aniones C4-. En realidad, al carbono le es más fácil compartir sus cuatro electrones de valencia para adquirir el octeto, que perder o ganar cuatro electrones. Por todo esto, el átomo de carbono forma principalmente enlaces covalentes, es decir, comparte sus electrones con otros átomos. Para adquirir su octeto el átomo de carbono comparte cuatro electrones y consecutivamente formar cuatro enlaces covalentes en las moléculas, por esto, el átomo de carbono es tetravalente, lo que quiere decir que puede formar cuatro enlaces covalentes. A la característica que presenta el átomo de carbono de unirse consigo mismo de forma covalente, se le denomina concatenación. Los ocho electrones alrededor del átomo de carbono se encuentra formando pares en los enlaces covalentes y pueden estar agrupados en cuatro formas diferentes:
Otros elementos comunes en los compuestos orgánicos tienen diferente forma de enlazarse. Un átomo de hidrógeno está siempre enlazado a una molécula con un enlace covalente sencillo. Un átomo de oxígeno, en una molécula, puede encontrarse unido mediante dos enlaces
sencillos o un enlace doble. Un átomo de nitrógeno pude formar tres pares de electrones de enlace y, entonces, formar tres enlaces sencillos, uno triple o uno sencillo y otro doble.
94
Los compuestos de carbono unen los átomos formando cadenas lineales,
ramificadas o cíclicas.
Al número de átomos de una cadena se le llama longitud de la cadena.
Para representar los compuestos de carbono se utilizan diferentes tipos de fórmulas. Indica el número de átomos de cada elemento.
C3H
8
Indica cómo están unidos los átomos y su disposición en el espacio. disposición espacial.
Indica únicamente los enlaces entre los átomos
de carbono. CH3 - CH
2 - CH
3
Longitud de la cadena
C3
C5
C6
Compuesto
C3H8
C5H12
C6H12
Tipo de cadena
Lineal
Ramificada
Cíclica
Representación
Fórmula molecular
Fórmula desarrollada
Fórmula condensada
95
Los hidrocarburos según su tipo de enlace se clasifican en saturados e insaturados.
Hidrocarburos saturados Hidrocarburos insaturados Representación de hidrocarburos sencillos por medio de fórmulas
FÓRMULAS SEMIDESARROLLADAS DE HIDROCARBUROS SENCILLOS.
ALCANOS
Metano: CH4, Etano: CH3 ─ CH3, Propano: CH3 ─ CH2 ─ CH3, Butano: CH3 ─ CH2 ─ CH2 ─ CH3.
ALQUENOS
Eteno: CH2 = CH2, Propeno: CH2 = CH ─ CH3, 1- Buteno: CH2 = CH ─ CH2 ─ CH3, 2- buteno: CH3-CH=CH-CH3
ALQUINOS
Etino: CH ≡ CH, Propino: CH ≡ C- CH3, 1- Butino: CH ≡ C- CH2 – CH3, 2-Butino: CH3 - C ≡ C- CH3
96
La importancia de la posición de los átomos en las moléculas radica en las propiedades químicas y físicas de las sustancias. El 1- Buteno de la tabla anterior, tiene una masa molar de 56 g/mol, un punto de
ebullición de -6.31°C y un punto de fusión de -185.35 °C. Mientras que el 2-
Buteno tiene una masa molar de 56 g/mol, un punto de ebullición de 3.72 °C y un
punto de fusión de -138.89 °C.
El 1-Butino tiene una masa molar de 54 g/mol, un punto de ebullición de 8°C y un
punto de fusión de -106°C. Mientras que el 2-Butino tiene una masa molar de 54
g/mol, un punto de ebullición de 27°C y un punto de fusión de -32°C.
Como puede observarse aunque los compuestos tienen la misma masa molar, los
puntos de fusión y ebullición son totalmente diferentes, esto debido a la posición
de los átomos en las moléculas.
Ejercita lo aprendido Para los humanos:
( ) Los macronutrimentos indispensables son: carbohidratos, lípidos y Proteínas.
( ) Las vitaminas y los minerales son los micronutrimentos indispensables
( ) Son micronutrimentos las grasas y los carbohidratos
( ) Las proteínas son micronutrimentos.
Instrucciones: Completa el siguiente mapa conceptual colocando las siguientes
palabras en el lugar que les corresponde: Proteínas, Micronutrientes, Minerales,
Carbohidratos y Vitaminas.
97
Ejercicios de autoevaluación
1. ( ) Son los macro y micro nutrimentos indispensables para los humanos.
a) frutas, verduras, cereales, grasas y aceites. b) proteínas, lípidos, carbohidratos, vitaminas y minerales c) cloruro de sodio, sales de hierro, azúcar, tortilla y agua d) hidrocarburos, carbohidratos, minerales, vegetales y carbonatos.
2. ( ) El número atómico del carbono es 6, su masa atómica 12 u (uma) y su
distribución electrónica, de acuerdo al modelo atómico de Bohr, es:
2e- 4e-
K L Instrucciones. Con base en lo anterior responde la siguiente pregunta:
Se puede afirmar que al unirse con otros átomos de carbono:
a) Comparte siempre 6 electrones. b) Al ganar cuatro electrones adquiere carga positiva c) Al perder sus cuatro electrones externos adquiere carga negativa. d) Comparte los cuatro electrones externos para formar enlaces sencillos,
dobles o triples. 3. ( ) El valor de la electronegatividad del carbono es de 2.5, por lo que la unión
entre dos carbonos (C-C) es:
a) iónica b) covalente polar c) covalente no polar d) polar
4. ( ) El carbono es un elemento que tiene cuatro electrones externos. Esto
permite afirmar que el carbono es:
a) monovalente b) divalente c) trivalente d) tetravalente
12
6C
98
5. ( ) El valor de la electronegatividad del carbono es de 2.5, por lo que la
unión entre dos carbonos (C ─ C) es de tipo:
a) iónico b) electrovalente c) covalente polar d) covalente no polar
6. ( ) Los cuatro electrones en la capa más externa del átomo de carbono hace que tenga la posibilidad de unirse a otros átomos de carbono para formar enlaces:
a) solamente sencillos
b) solamente dobles
c) solamente dobles y triples
d) sencillos, dobles y triples
7. ( ) Los átomos de carbono se enlazan con otros átomos de carbono y pueden formar cadenas desde dos a miles de átomos, esta propiedad se llama:
a) isomería
b) tetraédrica c) tetravalencia
d) concatenación
8. ( ) Son hidrocarburos unidos mediante enlaces simples carbono-carbono: a) saturados
b) aromáticos
c) alquenos
d) insaturados
9. ( ) Las siguientes fórmulas semidesarrolladas poseen diferente posición de
los átomos en las moléculas, esto nos permite afirmar que:
a) todas estas fórmulas representan compuestos iguales en su estructura
b) los compuestos representados tienen la misma estructura química
c) los compuestos representados tienen las mismas propiedades físicas y
químicas por tener la misma fórmula condensada C5H12
d) los compuestos representados poseen estructura química y propiedades
diferentes
Respuestas: 1B, 2D, 3C, 4D, 5D, 6D, 7D, 8A, 9D.
99
¿Qué determina las propiedades de los compuestos del carbono?
Mapa conceptual del apartado
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Identifica en las fórmulas de compuestos del carbono, los grupos funcionales que caracterizan a los alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas. (N1). ● Señala que el tipo de elemento y de enlaces, el tamaño y forma de las cadenas y los grupos funcionales presentes, son los factores determinan las propiedades de los compuestos orgánicos. (N2) ● Reconoce la importancia de la posición de los átomos en las moléculas mediante la elaboración de modelos estructurales. (N2)
COMPUESTO Características de los compuestos orgánicos (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Concepto de grupo funcional (N2) Grupos funcionales que caracterizan a los alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas y amidas (N1) Factores que determinan las propiedades de los compuestos del carbono (relación estructura – propiedades) (N2)
100
Grupo funcional.
Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos, enlazados de una
determinada forma, que presentan una estructura y propiedades físico y químicas
determinadas que caracterizan a los compuestos orgánicos que los contienen.
Los grupos funcionales pueden ser átomos, grupos de átomos o arreglos en los
enlaces, así, los dobles o triples enlaces también se consideran grupos
funcionales. Muchos compuestos orgánicos contienen más de un grupo funcional.
Estos grupos de átomos son tan importantes que podemos destacarlos en las
moléculas y representar al resto de la molécula con una R. La R supone la
existencia de al menos un átomo de carbono unido al grupo funcional. La
presencia del grupo ─OH (hidroxilo) hace del compuesto un alcohol. Por otro
lado, a los grupos CH3─, CH3CH2─ unidos al OH se les denominan radicales. Un
radical es una agrupación de átomos de carbono e hidrógeno en la que un átomo
de carbono tiene un enlace sin unir a otro átomo.
El grupo funcional es el principal responsable de la reactividad química del
compuesto, por eso todos los compuestos que poseen un mismo grupo funcional
muestran las mismas propiedades.
Principales grupos funcionales
Alcoholes
Los alcoholes son compuestos de fórmula general R ─ OH, en donde “R” es un
radical o grupo alquilo que puede ser abierto o cíclico. Todos los alcoholes
contienen el grupo funcional hidroxilo ─ OH, el cual determina las propiedades
características de la familia.
Metanol
Aldehidos y cetonas
Los aldehídos y las cetonas se caracterizan por tener como grupo funcional un
doble enlace en su estructura, la fórmula general de los
Aldehídos y de las cetonas es:
101
Sí está unida a un átomo de carbono es aldehído, pero sí se encuentra unido a dos átomos de carbono es cetona.
Ácidos carboxílicos
Los ácidos carboxílicos contienen el grupo funcional carboxilo en un
extremo de la cadena carbonada.
Ácido etanoico
Ésteres
Los ésteres se encuentran comúnmente en la naturaleza, son las moléculas que
proporcionan el olor y el sabor. Contienen el grupo funcional éster ─ COO ─
Éster dimetílico
102
Éteres
Son sustancias que resultan de la unión de dos radicales alquilo a un átomo de
oxígeno. Su grupo funcional es ─ O ─
Dimetil éter
Aminas
Las aminas se pueden considerar derivados del amoniaco (NH3), su grupo
funcional es el amino que se obtiene al sustituir uno, dos otres
hidrógenos por radicales. Cuando es un hidrógeno el que es reemplazado por u n
radical, sé forman aminas primarias, secundarias si son dos y terciarias al sustituir
los tres hidrógenos.
Metilamina
Amidas
Las aminas son derivadas de los ácidos carboxílicos. Su grupo funcional amida
resulta de sustituir el grupo hidroxilo (─ OH) del grupo ácido por un grupo amino
(─NH2) o, en general, por diversos radicales mino sustituidos: NHR, NRR' donde R
y R' son radicales. Lo que caracteriza a una amida es la unión de un nitrógeno
con el carbono de un grupo carbonilo.
Etanamida
103
RESUMEN DE GRUPOS FUNCIONALES
GRUPO FUNCIONAL
FÓRMULA FAMILIA EJEMPLO
Hidroxilo
Alcoholes
Carbonilo
Aldehídos y Cetonas
Carboxilo
Ácidos
Carboxílicos
Éster
Ésteres
Éter
Éteres
Amino
Aminas
Amida
Amidas
104
Identificación de grupos funcionales en fórmulas de compuestos del carbono contenidas en productos de uso cotidiano.
105
Factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos. Los factores que determinan las propiedades de los compuestos orgánicos son: El tipo de elemento y de enlaces, el tamaño, forma de las cadenas y los grupos funcionales presentes. Enlaces más débiles que el enlace covalente. El enlace covalente es la unión que explica el mantenimiento de la unidad estructural de un compuesto orgánico. Además de este enlace intermolecular se puede dar entre las moléculas una serie de interacciones, mucho más débiles que el enlace covalente, pero que a menudo son las responsables de las propiedades físicas de los compuestos orgánicos. Este tipo de interacciones intermoleculares son de especial importancia en el estado sólido y líquido, ya que las moléculas están en contacto continuo. Los puntos de fusión, de ebullición y la solubilidad de los compuestos orgánicos muestran los efectos de estas fuerzas. Hay tres tipos principales de interacciones intermoleculares que hacen que las moléculas se asocien para formar sólidos, líquidos o gases: las fuerzas entre dipolos de las moléculas polares, las fuerzas de London que afectan a todas las moléculas, y los puentes de hidrógeno que atraen moléculas que tienen grupos OH y NH. Fuerzas dipolo – dipolo Cuando una molécula es un dipolo permanente se produce una atracción electrostática entre el extremo positivo de una molécula y el extremo negativo de la molécula vecina. Esta es la fuerza dipolo – dipolo e influyen en la solubilidad y los puntos de fusión y ebullición de las sustancias moleculares.
Interacción dipolo ─ dipolo Interacción dipolo ─ dipolo Como las moléculas polares se orientan en la situación positivo-negativo de menor energía y la fuerza neta es de atracción para pasar del estado líquido al gaseoso debe superarse esta atracción, lo cual provoca mayores calores de evaporación y mayores puntos de ebullición para los compuestos de moléculas muy polares. Los puntos de fusión y ebullición aumentan con la masa molecular de la sustancia.
> polaridad > fuerzas de atracción > punto de ebullición
Las fuerzas dipolo–dipolo se encontrarán solamente entre moléculas polares.
106
Fuerzas de dispersión de London Cuando una molécula es no polar, no existe un dipolo, su distribución electrónica es simétrica. Pero como los electrones están en continuo movimiento, puede suceder que momentáneamente se deforme y se produzca un dipolo. Esto puede suceder por choques entre moléculas o con las paredes del recipiente. Se dice que la molécula se polariza, y cuando esto sucede en una molécula, inmediatamente induce a la molécula vecina a que también se polarice. Continuamente entonces se están formando y destruyendo estos dipolos temporarios. El tamaño de las fuerzas de dispersión de London generalmente (pero no siempre) está asociado a una mayor masa molecular de las sustancias.
Moléculas no polares Dipolos inducidos Los hidrocarburos presentan estas interacciones:
CH4 C2H6 C6H14 Masa molecular creciente
Fuerzas de dispersión crecientes
Puntos de fusión y ebullición crecientes
Las fuerzas de London existen en todas las moléculas, sean polares o no. En las moléculas no polares son las únicas fuerzas intermoleculares que existen.
> Masa molecular > fuerzas de atracción > puntos de fusión y de ebullición.
107
Interacciones de dispersión (London) Dependen de la forma de las moléculas no polares n- pentano PE= 56.1 °C La forma alargada del n- pentano favorece la interacción y el desarrollo de dipolos inducidos. Las interacciones de dispersión son mayores en el n- pentano.
Puentes de hidrógeno Se forman entre un átomo de H que forma un enlace covalente polar con un átomo
muy electronegativo (F, O, N).
MOLÉCULAS CON GRUPOS FUNCIONALES. La presencia en la cadena de átomos de otros elementos (como O y N), y su disposición en la misma, confieren diferentes propiedades a los compuestos orgánicos. Propiedades: Las propiedades de los compuestos vienen marcadas fundamentalmente por el grupo funcional que caracteriza al compuesto. Además, podemos destacar otros dos factores: - Longitud de la cadena. - Polaridad de la molécula Polaridad: Esta propiedad está muy relacionada con el grupo o grupos funcionales que contenga la molécula, ya que son estos los que pueden aportar átomos con suficiente electronegatividad (F, O, N, ) como para crear separación de cargas (las cadenas hidrocarbonadas suelen ser apolares o muy poco polares). Una mayor polaridad implica: - Mayor solubilidad en agua y disolventes polares. - Mayores puntos de fusión y ebullición, dado que las fuerzas intermoleculares son más intensas. Longitud de la cadena: La cadena carbonada tiene una muy baja polaridad, por lo que una mayor longitud trae consigo un descenso en el carácter polar de la molécula. No obstante, un mayor tamaño de la molécula hace que haya más posibilidades de interacción con otras moléculas. Una mayor longitud de la cadena significa: - Menor solubilidad en agua y disolventes polares - Mayores puntos de fusión y ebullición.
C5H12 Dimetil propano
PE = 9.5 °C
108
Evaluación formativa 1. En las siguientes estructuras químicas de uso cotidiano se señalan diferentes grupos funcionales contenidos en ellas, escribe en la línea de la derecha el nombre que le corresponde a cada grupo funcional.
Aspartame (poderoso edulcorante)
Ácido fólico (vitamina B9)
2. Relaciona las columnas colocando en el paréntesis el número de la izquierda con el grupo funcional correspondiente.
-
Nombre del grupo
funcional
Grupo funcional
1. Amino
( )
2. Amida
( )
3. Carboxilo
( )
4. Carbonilo
( )
5. Éster
( )
6. Hidroxilo
( )
109
Evaluación sumativa 1. ( ) De acuerdo a sus grupos funcionales los siguientes compuestos se
clasifican como:
a) 1 alcohol, 2 ácido carboxílico, 3 amina, 4 cetona
b) 1 amida, 2 alcohol, 3 cetona, 4 ácido carboxílico
c) 1 alcohol, 2 cetona, 3 ácido carboxílico, 4 amina*
d) 1 cetona, 2 amina, 3 alcohol, 4 ácido carboxílico
2. ( ) ¿Cuáles son los grupos funcionales que están señalados con las letras A,
B y C ?
a) A amino, B amida, C carboxilo*
b) A amida, B amino, C carboxilo
c) A carboxilo, B amida, C amino
d) A amino, B carbonilo, C hidroxilo
3. ( ) ¿Cuál de los siguientes compuestos tendrá mayor punto de ebullición de
acuerdo a la propiedad de formar puentes de hidrógeno?
a) CH3-CH3
b) CH3-CH2-OH*
c) CH3-O-CH3
d) CH3-CH2-CH3
Respuestas: 1C, 2A, 3B
110
¿Qué grupos funcionales están presentes en los nutrimentos orgánicos? ¿Cuál es la función en el organismo de los nutrimentos? ¿Hay relación entre la estructura de los nutrimentos y su función en el organismo?
APRENDIZAJES TEMÁTICA ● Indica qué elementos constituyen a las grasas, carbohidratos y proteínas (N1) ● Identifica enlaces sencillos, dobles y triples en fórmulas de biomoléculas. (N3) ● Identifica los grupos funcionales presentes en fórmulas de grasas, carbohidratos, proteínas y vitaminas.(N2) ● Señala cuál es la fórmula general de las grasas, carbohidratos y proteínas.(N2) ● Reconoce en fórmulas de polisacáridos y polipéptidos los enlaces glucosídicos y peptídicos, respectivamente. (N1)
ELEMENTO
Elementos presentes en los lípidos (grasas), carbohidratos y proteínas ENLACE Enlace covalente sencillo, doble y triple.(N3) Enlace glucosídico (N1) Enlace peptídico. (N1) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Grupos funcionales presentes en las grasas, carbohidratos y proteínas N2 Fórmula general de las grasas, carbohidratos y proteínas (N2)
111
Cx(H2O)y
Fórmula general
Carbohidratos
Desde el punto de vista químico, los carbohidratos están compuestos por los
elementos carbono, hidrógeno y oxígeno, los dos últimos en la misma relación de
átomos (2:1) encontrada en el agua.
Los carbohidratos son compuestos que contienen múltiples grupos hidroxilo (-O H) así como un grupo funcional llamado carbonilo.
Hidroxilo Carbonilo Fórmula química general
En el caso de los carbohidratos los monómeros son los monosacáridos. Sí se unen suficientes unidades de monosacáridos, se forma un polisacárido. La formación de disacáridos y polisacáridos, a partir de monosacáridos, se produce mediante una reacción de condensación con la correspondiente pérdida de agua y la formación de un enlace glucosídico, que es el enlace que se forma entre dos moléculas de monosacáridos.
Enlace glucosídico en formación Enlace glucosídico
La unión de las moléculas de glucosa se efectuó a través de los grupos (-OH), encerrados en color rojo, que especifican cómo se formará el enlace glucosídico (O ) y la correspondiente molécula de agua.
Lípidos
Se llaman lípidos a un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas,
constituidas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Tienen como
característica principal de ser solubles en disolventes orgánicos y no en agua.
La misma definición de lípido señala una de las particularidades fundamentales de
estas moléculas: su no polaridad. Dentro de este grupo existe un gran número de
sustancias químicas distintas como los ácidos grasos y triacilgliceroles entre otros.
Ácidos grasos
Los ácidos grasos, son ácidos carboxílicos, formados por largas cadenas
hidrocarbonadas con un número par de átomos de carbono , que oscila entre 14 y
22, aunque lo más frecuente es que tengan entre 16 y 18 átomos de carbono.
Estos átomos de carbono se pueden unir entre sí, mediante enlaces sencillos o
dobles. Cuando los enlaces son simples, se habla de ácidos grasos saturados,
mientras que si posee al menos un doble enlace, se habla de ácidos grasos
+ H2O
112
insaturados (monoinsaturados: un doble enlace; poliinsaturados: más de un doble
enlace) la fórmula básica de una molécula de grasa completamente saturada es:
Fórmula general de los ácidos graso
Muchos aceites y grasas de la dieta consisten en largas cadenas de ácidos
carboxílicos, conocidos como ácidos grasos, unidos a una molécula de glicerol. El
glicerol es una pequeña cadena de carbonos con tres grupos hidroxilo
funcionales. Una molécula de glicerol se combina con tres moléculas de ácido
graso en una reacción de condensación y se forman tres moléculas de agua y una
molécula de triglicérido. Cada ácido graso contribuye con la parte hidroxilo de su
grupo carboxilo (- COOH), y cada grupo hidroxilo del glicerol contribuye con el
átomo de hidrógeno para formar las moléculas de agua. El lípido formado se
denomina triglicérido.
Glicerol + 3 ácidos grasos Triglicérido (éster) + 3 moléculas de agua
Los ácidos grasos pueden agruparse en dos categorías principales según la
ausencia o presencia de los enlaces dobles entre los átomos de carbono. Los que
no contienen enlaces dobles se llaman ácidos grasos saturados. Los que tienen
uno o más enlaces dobles se les llama insaturados.
a) Ácidos grasos saturados: todos los enlaces de la cadena hidrocarbonada son
sencillos, abundan en los aceites y grasas de origen animal como el ácido
palmítico y el ácido esteárico:
CH3–(CH
2)n–COOH
113
b) Ácidos grasos insaturados: en la cadena tienen uno o varios enlaces dobles,
están presentes en aceites y grasas de origen vegetal como por ejemplo. Ácido
oleico que tiene un doble enlace entre los carbonos 9 y 10 contados a partir del
extremo donde se encuentra el grupo carboxilo, el ácido linoleico tiene dos dobles
enlaces en el carbono 9, 12 y el ácido linolenico tiene 3 dobles enlaces en los
carbonos 9, 12 y 15 como se ilustra a continuación:
Aquellos ácidos grasos con solo un enlace doble por molécula se clasifican como monoinsaturados, mientras que los que tienen dos o más enlaces dobles se les denomina poliinsaturados. Los ácidos grasos saturados tienen estructura de cadena lineal, que permite que sus moléculas se acerquen bastante y formen atracciones fuertes. Teniendo como resultado puntos de fusión alto, porque se requiere energía para romper los enlaces entre las moléculas y fundir el ácido graso. El punto de fusión aumenta a medida que las cadenas de carbono son más largas.
Proteínas
Las proteínas están formadas por bloques constitutivos que se denominan aminoácidos. Cada aminoácido tiene un átomo de carbono central alrededor del cual se organizan: dos grupos funcionales, el grupo amino (- NH2), el grupo carboxilo (- COOH) y además un átomo de hidrógeno y una cadena lateral variable, R.
114
Los grupos amino y carboxilo suministran sitios de enlace convenientes para
encadenar aminoácidos. Como un aminoácido está formado por una amina y un
ácido carboxílico, la combinación de dos aminoácidos produce una amida
liberando agua.
Formación del enlace peptídico
Aminoácido 1 + Aminoácido 2 produce Dipéptido + Agua
Esta es una reacción de condensación en la que el grupo amino de un aminoácido
reacciona con el grupo carboxilo de otro aminoácido formando un grupo funcional
amida. Los bioquímicos llaman al enlace amida que une dos aminoácidos enlace
peptídico.
Cuando dos aminoácidos se unen por medio de un enlace peptídico , la cadena
resultante con dos aminoácidos se conoce como dipéptido.
Aminoácido 1 + Aminoácido 2 Dipéptido + Agua
Vitaminas
Las vitaminas son sustancias orgánicas requeridas en pequeñas cantidades por las células en el cuerpo. Debido a que la mayoría de las vitaminas no se sintetizan en el organismo, deben obtenerse de los alimentos. Las vitaminas se clasifican en base a su solubilidad, las que son solubles en agua se les denomina hidrosolubles y las que son solubles en grasas son liposolubles. Las vitaminas del complejo B y C tienen grupos polares que los hacen solubles en agua.
Vitamina A. liposoluble Vitamina C. hidrosoluble
En las vitaminas liposolubles, su estructura molecular es similar a un hidrocarburo con muchas unidades – CH2, hay uno o dos átomos de oxígeno presentes, pero en general son compuestos no polares. En contraste, las vitaminas hidrosolubles contienen una elevada proporción de átomos electronegativos, oxígeno y nitrógeno, que pueden formar puentes de hidrógeno con el agua; por ello, la molécula es soluble en agua.
115
Fórmula estructural y tipo de nutrimento de las siguientes sustancias:
116
¿Cómo se obtiene la energía necesaria para realizar las funciones vitales a partir de la oxidación de las grasas y los carbohidratos? La glucosa es un carbohidrato, y es el azúcar simple más importante en el metabolismo humano. La glucosa es una de las principales moléculas que sirven como fuentes de energía para las plantas y los animales. Se encuentra en la savia de las plantas y en el torrente sanguíneo humano, donde se conoce como "azúcar en la sangre". Cuando se oxida en el cuerpo en el proceso llamado metabolismo, la glucosa produce dióxido de carbono, agua, y algunos compuestos de nitrógeno, y en el proceso, proporciona energía que puede ser utilizada por las células.
La energía a partir de la glucosa se obtiene por medio de la reacción de oxidación:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
Donde un mol de glucosa (alrededor de 180 gramos) reacciona con seis moles de O2. Sin embargo, en los organismos vivos, la oxidación de la glucosa contribuye a una serie de reacciones bioquímicas complejas que proporcionan la energía necesaria para las células. El primer paso en la descomposición de la glucosa en todas las células es la glucólisis, la producción de piruvato que es el punto de partida de todos los demás procesos en la respiración celular. En las células donde está presente el oxígeno, estos procesos han sido modelados en el ciclo de Krebs. Una parte importante en la utilización de la energía de oxidación de la glucosa, es la conversión de ADP (adenosín difosfato) en ATP (adenosín trifosfato), con la molécula ATP rica en energía, utilizándose posteriormente como la moneda de energía en la célula.
La glucosa es elaborada por las
plantas con la ayuda de la energía
del Sol, en un proceso llamado
fotosíntesis. Esta síntesis se lleva
a cabo en las pequeñas fábricas
de energía llamadas cloroplastos
en las hojas de las plantas. Los
cloroplastos capturan la energía
de la luz y fabrican moléculas de
glucosa a partir del dióxido de
carbono del aire y el agua del
suelo.
117
La energía producida de la oxidación de los carbohidratos: En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico producido durante la glucolisis es convertido en acetil CoA, la cual, entra en el ciclo de Krebs y forma 2 ATP, dióxido de carbono e hidrógeno. El ion hidrógeno producido durante la glucolisis es transportado a la cadena de transporte de electrones.
La cadena de transporte de electrones produce iones hidrógeno que se recombinan con el oxígeno para producir agua. Los electrones liberados aportan la energía necesaria para fosforilar el ADP a ATP. Una molécula de glucógeno puede generar hasta 37-39 moléculas de ATP. Oxidación de lípidos (ácidos grasos). Aunque muchos
compuestos químicos (tales
como los triglicéridos, los
fosfolípidos y el colesterol)
se clasifican como grasa,
sólo los triglicéridos son
fuentes energéticas
importantes. Los triglicéridos
se almacenan en las células
grasas y en las fibras musculares esqueléticas. Para usar su energía, los
triglicéridos deben descomponerse en sus unidades básicas: una molécula de
glicerol y tres moléculas de ácidos grasos libres. Este proceso se llama lipólisis, y
lo llevan a cabo unas enzimas conocidas como lipasas. Los ácidos grasos libres
(AGL) son la fuente energética principal.
La energía producida por la oxidación de un ácido graso varía en función de la
composición química del ácido graso oxidado, pero normalmente es mayor que la
energía obtenida por la oxidación de una glucosa.
La cantidad de calorías que se obtienen de los lípidos es más alta con 9 kcal/g,
frente a los carbohidratos o las proteínas con 4 kcal/g, cuando se oxida
completamente una molécula de ácido graso genera unas 44 moléculas de ATP,
comparadas con las 36-38 que se producen a partir de una molécula de glucosa.
118
Evaluación formativa
119
Evaluación sumativa 1. ( ) Es la opción que relaciona correctamente cada nutrimento orgánico con
sus elementos constitutivos.
1. Proteínas A) Carbono, Hidrógeno y Oxígeno
2. Carbohidratos B) Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno
3. Grasas
a) 1A, 2A, 3B
b) 1B, 2B, 3A
c) 1A, 2B, 3B
d) 1B, 2A, 3A*
2- ( ) La siguiente fórmula corresponde al ácido linoleico: CH3˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH=CH˗CH2˗CH=CH˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗CH2˗COOH
el cual se clasifica como un ácido insaturado porque:
a) La cadena hidrocarbonada es muy larga
b) tiene insaturaciones en los carbonos 9 y 12*
c) la parte polar de la cadena es un ácido
d) tiene insaturaciones en los carbonos 6 y 9
3. ( ) De las siguientes fórmulas, cuál de ellas contiene el grupo funcional carboxilo:
b)
* a)
c) d)
120
4. ( ) De las siguientes fórmulas, cuál de ellas contiene el grupo funcional amino: a) c) 5. ( ) Los grupos funcionales que caracterizan a la vitamina A son:
a) el ácido carboxílico y el ciclo hexano
b) los alcanos y los metilos de la cadena
c) los hidrocarburos y los enlaces simples
d) el hidroxilo y los dobles enlaces *
6. ( ) Corresponde a la fórmula general de los carbohidratos:
a) R ̶ CH2 ̶ CH2
NH2
b) Cn(H2O)n *
c) CH3 ̶ (CH2)n ̶ COOH
d) CnH2n+1 OH
7. ( ) Encierra en un círculo de color rojo al enlace glucosidico y con un círculo
azul al enlace peptídico.
Respuestas: 1D, 2B, 3B, 4B, 5D, 6B.
b)*
d)
121
Técnicas de conservación de los alimentos
Todos los alimentos son susceptibles a ser alterados en mayor o menor espacio
de tiempo, debido a la acción de microorganismos que los contaminan o a
reacciones enzimáticas del propio alimento.
La alteración y el deterioro de los alimentos han sido
una constante preocupación y motivo de investigación
para el ser humano con el objetivo de conservarlos el
mayor tiempo posible y asegurar una disponibilidad de
los mismos. Así técnicas de conservación como
salazones, encurtidos o secados fueron practicadas
por el hombre desde tiempos muy remotos, dando
paso a otros sistemas cada vez más sofisticados como
son las conservas, congelados, alimentos al vacio,
esterilizados, etc.
El Instituto Nacional de Nutrición (INN) recomienda aprender a conservar los
alimentos para economizar a la hora de hacer las compras, para variar los menús
en la mesa familiar o bien sea para garantizar una buena salud mediante la
correcta selección, compra y manipulación higiénica de los alimentos, pasos
anteriores a la preservación de lo que comemos.
Refrigeración y congelación
El frío hace que las bacterias y hongos crezcan más despacio o, si es muy
intenso, que detengan su actividad casi por completo. De ahí que utilicemos la
refrigeración y la congelación como técnicas de conservación de alimentos.
La refrigeración, permite conservar los alimentos unos días.
La congelación, por debajo de -10 °C en los
congeladores domésticos, nos permite conservar
los alimentos mucho más tiempo (nunca
indefinidamente), siempre que no se rompa la
cadena del frío.
122
Los aditivos Los aditivos son sustancias que se añaden a los alimentos para que estos mantengan sus cualidades, o para potenciar o recuperar algunas que se han perdido durante el proceso de elaboración. Los aditivos que nos interesan, en el contexto de la seguridad alimentaria, son los conservantes. Se trata de sustancias que dificultan o impiden el desarrollo de los microorganismos. Además pueden servir para dar color, sabor, textura, volumen y evitar que se oxiden los alimentos. La esterilización La esterilización es un tratamiento al que se somete un alimento (o cualquier objeto) y que tiene como resultado la eliminación gérmenes. Se trata de una técnica muy utilizada en la industria láctea. Uno de los procesos de esterilización de la leche más empleados es la pasteurización, que consiste en calentarla a unos 80 °C durante 30 segundos. Este calentamiento súbito consigue producir la muerte del 99.5% de los gérmenes contenidos en la leche. Pasteurización: La pasteurización tiene por objeto destruir los agentes patógenos y evitar por tanto el deterioro del alimento. Este tratamiento térmico debe ser seguido por un repentino enfriamiento, ya que de este modo todos los microorganismos son eliminados y no es necesario para frenar el desarrollo de los gérmenes que siguen presentes. Una vez pasteurizados los alimentos, son generalmente Mantenidos en frio (4°C). También, otros conservantes pueden ser utilizados para contrarrestar el desarrollo de los microorganismos supervivientes añadiendo químicos, o envasando al vacío. Esta técnica, por ejemplo, es muy utilizada en la leche, en los productos lácteos, en jugos de frutas, cerveza, vinagre, miel.
123
La deshidratación. Es uno de los métodos más usados por el hombre, ya que consiste en el secado de algunos productos como granos, cereales, frutas y vegetales, exponiéndolos al calor extremo, con la finalidad de eliminar una gran cantidad de agua en ellos, evitando el desarrollo de bacterias y procurando la conservación de las vitaminas en los productos deshidratados. Es importante saber que el secado de los alimentos, puede ser a través de un horno deshidratador o se pueden secar exponiendo el alimento directamente al sol.
Envasado al Vacío El vacío es un sistema que permite conservar los alimentos que hayan sido cocinados o que se encuentren en su estado natural. El sistema de envasado al vacío consiste en extraer el oxígeno del recipiente que contiene al producto, de esta manera se evita la oxidación y putrefacción del alimento a conservar, prolongando su fecha de caducidad en más de 30 días y hasta 1 año.
Higiene y calidad, son los dos atributos principales de utilizar este sistema. Pero además como ventajas específicas podemos destacar: Evita la oxidación provocada por el oxígeno, y por tanto la putrefacción de los alimentos es nula. Incrementa los tiempos de conservación de los alimentos. Anula el desarrollo de los microorganismos ante la ausencia de oxígeno. Permite que los alimentos conserven su dureza y textura. Evita la quemadura del hielo, ya que no hay contacto directo del frío con el producto.
124
Mantiene el sabor y frescura de los alimentos, ya que no
hay cambios por pérdidas de líquidos o grasas.
Permite que se compre una mayor cantidad de algún
alimento, para luego ir consumiendo poco a poco las
cantidades que se vayan necesitando.
Otras formas de frenar o bloquear el crecimiento microbiano mediante la reducción
del agua, a la vez que proporcionan sabor a los alimentos, son: Ahumar, añadir
sal o azúcar.
Ahumado:
El método de ahumar se basa en la combustión de
plantas de modo que el humo incida sobre el alimento.
El ahumado desempeña varias funciones: colorido,
sabor, conservación y eliminación de microbios. Se
aplica principalmente a los productos como la carne y el
pescado gracias a los efectos combinados de la
deshidratación y el efecto antiséptico del ahumado.
Salar los alimentos:
Este método o técnica de conservación se
basa en presentar un producto alimenticio a
la acción de la sal o por difusión
directamente en la superficie del alimento
(seco) o mediante la inmersión del producto
en una solución salina. Este proceso puede
bloquear el crecimiento microbiano. Esta
técnica se utiliza principalmente en el queso,
la carne y la conservación de determinadas
especies de pescado (arenque, salmón...). A
veces es asociado con la técnica del
ahumado.
125
Evaluación sumativa
1. ( ) El salado, la deshidratación, la pasteurización y la esterilización son: a) técnicas de conservación de alimentos
b) procesos de elaboración de polisacáridos
c) mecanismos de desnaturalización de proteínas
d) procesos de eliminación de grasas en lípidos
2. ( ) Inciso que contiene solamente técnicas para conservar los alimentos: a) oxidación, reducción, neutralización
b) disociación, ionización, decantación
c) liofilización, esterilización, azucarado
d) fermentación, blanqueado, emulsificación
3. ( ) Selecciona el inciso que contiene la razón por la que se añaden aditivos antioxidantes a los alimentos,
a) intensificar su color b) mejorar el sabor c) incrementar su valor nutritivo d) prevenir enranciamiento de grasas
4. ( ) El ácido ascórbico y el ascorbato de sodio son aditivos antioxidantes que se agregan a los alimentos para:
a) mejorar la textura y suavidad b) incrementar el atractivo visual c) acelerar la maduración de los quesos d) prevenir el enranciamiento de las grasas
5. ( ) El ácido ascórbico y el ascorbato de sodio son aditivos antioxidantes que se agregan a los alimentos para:
a) mejorar la textura y suavidad b) incrementar el atractivo visual c) acelerar la maduración de los quesos d) prevenir el enranciamiento de las grasas
Respuestas: 1A, 2C, 3D, 4D, 5D
126
Recomendaciones
Es importante saber que una dieta que contenga alimentos procesados,
ahumados, muy salados o con un alto contenido de grasa, no es recomendada.
Como ya hemos hablado en temas anteriores, la dieta de los niños debe ser
variada y acorde en cantidades, donde deben estar presentes las proteínas,
carbohidratos, grasas, vitaminas y minerales de manera balanceada. Por ello todo
alimento que este muy procesado le van a hacer falta una cantidad de nutrientes
necesarios para su crecimiento y desarrollo. Además los alimentos muy salados,
muy dulces o con un alto contenido de grasa, provocan enfermedades
cardiovasculares y crónicas degenerativas como son la diabetes, dislipidemias,
síndrome metabólico, obesidad, infartos, trombosis, entre otras. Un exceso de
sodio en las células las debilita y sobrecarga además de dificultar la absorción del
calcio y el magnesio. El exceso de sodio en la célula produce ansiedad por
alimentos salados ya que cuanto más sodio tenemos en el organismo más
necesitamos para mantener el equilibrio homeostático celular.
Por ello la gran importancia de enseñar desde temprana edad unos buenos y
adecuados hábitos alimentarios, que evitaran que nuestros niños padezcan de
ninguna enfermedad a lo largo de su vida.
Fermentación:
Este proceso se aprovecha de los propios microorganismos
presentes en la materia prima, es decir la leche para permitir la
conservación de alimentos, mejorando la calidad nutricional y
aumentando las cualidades organolépticas de los alimentos.
Se aplica en los productos lácteos como el yogurt y el queso.
CONCLUSION
La conservación de alimentos corresponde a un conjunto
de técnicas encargadas de aumentar la vida y
disponibilidad para el consumo humano. Por ejemplo,
carnes, pescados y pollo tienden a descomponerse en
menor tiempo, debido a la oxidación y la
Pérdida de los nutrientes.
Los alimentos son perecederos por lo que necesitan
condiciones de tratamiento, conservación y manipulación.
Estas técnicas han permitido que alimentos estacionales sean de consumos
permanentes y aprovechados al máximo.
127
TERCERA UNIDAD
MEDICAMENTOS,
PRODUCTOS QUIMICOS
PARA LA SALUD
128
Mapa conceptual del apartado
APRENDIZAJES TEMÁTICA
● Clasifica a los medicamentos como mezclas homogéneas o heterogéneas. (N3) ● Señala la importancia de la formulación en los medicamentos. (N2) ● Valora la importancia socioeconómica de la síntesis de medicamentos como la parte reactiva de las moléculas orgánicas. (N2) ● Reconoce que los grupos funcionales determinan las propiedades de las moléculas orgánicas. ● Incrementa su capacidad de observación, análisis y síntesis de la información obtenida al experimentar. ● Describe las condiciones en que se realizó la síntesis del principio activo.(N2)
MEZCLA Clasificación en homogéneas o heterogéneas (N3) Formulación (N2) ESTRUCTURA DE LA MATERIA Fórmulas estructurales (N2) Grupos funcionales(N2) Relación entre la estructura molecular y las propiedades de los compuestos. (N1) REACCIÓN QUÍMICA Reacción de síntesis (N2) Condiciones de reacción (N2) Reactividad de los grupos funcionales (N2)
129
¿Cómo se obtienen los medicamentos?
La aspirina: “legado de la medicina tradicional”.
La historia del descubrimiento de los fármacos se encuentra íntimamente relacionada con el desarrollo de las ciencias experimentales, en particular de la química orgánica (al menos hasta hace aproximadamente unos 20 años en que se hace uso de la biotecnología para producir fármacos). La primera mitad del siglo diecinueve puede considerarse como el comienzo de la era de los fármacos; así, los principios activos contenidos en las plantas curativas, conocidas desde la antigüedad, empezaron a ser aislados y se realizaron las primeras aproximaciones para establecer su estructura química. En 1805 el farmacéutico alemán Sertürner aisló la morfina a partir del opio (extracto de la amapola), usado como medicamento para suprimir el dolor y producir el sueño con relativa seguridad. Esto fue el hecho fundamental, ya que se encontró el método que permitió aislar en estado de pureza los principios activos de otras plantas (basados en los métodos de separación de mezclas); por ejemplo la guanina por su solubilidad en éter. En 1820 los franceses Pelletier y Caventou aislaron, a partir de la corteza del árbol del quino, a la quinina, compuesto químico puro que curaba la malaria. Por la misma época, otros principios activos fueron aislados y analizados en cuanto a su contenido de C, O, H y N; por ejemplo, del café aislaron la cafeína y la nicotina del tabaco, y de la hoja del árbol peruano de la coca se aisló la cocaína.
A finales del siglo dieciocho los medicamentos vegetales aún se usaban como polvos, extractos simples, infusiones y tinturas alcohólicas. En el mundo real todo es impuro, por lo que, para obtener un principio activo puro, el químico debe aislarlo y separarlo de todas las demás sustancias con que está mezclado. Una primera separación gruesa consiste en hacer extracciones de la planta con diferentes disolventes: alcohol, agua, éter, acetona etcétera. Si otras sustancias son arrastradas por el mismo disolvente, entonces se hace necesaria una separación más fina con técnicas como la cromatografía y la cristalización. Una vez que el principio activo se aísla y purifica, los químicos realizan diversas pruebas analíticas para determinar su estructura molecular, esto es, determinar la identidad de los átomos presentes en el compuesto puro, cómo están unidos entre sí y cuál es su disposición en el espacio tridimensional. Veamos a detalle el ejemplo del fármaco que probablemente ha sido usado por todos, la aspirina, como un ejemplo de descubrimiento de análisis, de síntesis y desarrollo de un fármaco a partir de la medicina tradicional.
Posteriormente, los químicos separaron pequeñas cantidades de cristales amarillos en forma de agujas pertenecientes a un compuesto puro, la salicina, la cual al hidrolizarse producía ácido salicílico y glucosa.
130
Síntesis de la Aspirina
A partir de la corteza del sauce (Salix fragilis o Salix purpurea) se obtiene la
salicina, que por hidrólisis libera glucosa y alcohol salicílico. En 1897 Félix
Hoffmann sintetizó el ácido acetilsalicílico (aspirina) a partir de del ácido salicílico.
extracción
sauce salicina glucosa + alcohol salicílico
alcohol salicílico ácido salicílico anhídrido acético
Ácido acetilsalicílico (Aspirina)
Fuentes de obtención de los medicamentos
Animal: Existe un grupo de medicamentos que provienen de los animales como por ejemplo: la insulina usada para controlar la diabetes, se obtiene del páncreas del cerdo. Mineral: Existen medicamentos que provienen de compuestos minerales como el aluminio y el magnesio que sirven para preparar antiácidos. Sintéticos: Hoy se tienen medicamentos que se fabrican en los laboratorios farmacéuticos empleando diferentes métodos y técnicas modernas, por ejemplo, el paracetamol, la amoxicilina, entre otros. Actualmente, también se están desarrollando otras fuentes de obtención donde se utiliza la biotecnología y la genética. Vegetal: Gran parte de medicamentos provienen de las plantas; así por ejemplo: la Aspirina que ha sido utilizada desde la antigüedad como antiinflamatorio, analgésico (alivio de dolores leves), antipirético (para reducir la fiebre) se obtiene de la corteza de sauce.
hidrolisis
+
oxidación
+
131
Principio activo
El medicamento para poder lograr el efecto deseado (prevenir, aliviar, controlar, diagnosticar y curar) debe de poseer una sustancia principal llamado Principio activo, el cual es responsable de su efecto en nuestro organismo. En la composición del medicamento también es importante el papel de los Excipientes, que son sustancias que acompañan al principio activo, brindando estabilidad, sabor y forma al medicamento.
Etapas importantes en el desarrollo de medicamentos, a partir de productos naturales. De las plantas medicinales se emplean las partes más ricas en principios activos, que pueden ser las raíces, las flores, las hojas o la corteza. La parte de la planta medicinal utilizada en terapéutica recibe el nombre de “droga vegetal”. Existen también drogas de origen animal. La extracción de principios activos de una droga mediante la acción de un disolvente adecuado recibe el nombre de “disolución extractiva”. Se obtienen de esta forma disoluciones medicamentosas que, según en qué casos, se emplean “tal cual” o bien sirven para preparar otras formas farmacéuticas.
Métodos extractivos a partir de la droga
Se parte de la droga y se realiza un proceso extractivo para aislar los principios
activos directamente a partir de la droga. Hay varios métodos extractivos.
1. Extracción mecánica: Es una técnica que permite obtener los principios activos
disueltos en fluidos propios de la planta, los cuales una vez extraídos se denominan jugo.
La extracción mecánica se pude realizar:
● Por expresión: este método se aplica para extraer del material
vegetal exudados, los que pueden ser: gomas, resinas, mieles y
otros productos que brotan en gran cantidad al realizarle incisiones
o cortes a la planta viva. Pueden también clavarse tubos en la
corteza, por donde fluyen las sustancias.
● Con calor: el calor favorece y acelera la extracción, se debe
de controlar ya que puede descomponer los principios activos.
132
● Con incisiones: Este método se aplica para extraer del
material vegetal exudados, los que pueden ser: gomas,
resinas, mieles y otros productos que brotan en gran
cantidad al realizarle incisiones o cortes a la planta viva.
Pueden también clavarse tubos en la corteza, por donde
fluyen las sustancias.
2. Destilación por arrastre de vapor: Es el proceso de
extracción mediante el cual se obtienen aceites
esenciales. Estos aceites son productos grasos
compuestos por un número muy grande de compuestos
químicos aromáticos muy volátiles de estructura y
composición muy compleja.
3. Extracción con disolventes: Consiste en poner en
contacto la droga con un disolvente capaz de solubilizar los
principios activos. Los principios activos deben pasar de la
droga al disolvente de manera que se obtenga un extracto
líquido (con los principios activos disueltos) y el material
vegetal sobrante (bagazo).
● Discontinua: Se sumerge la droga en el disolvente, por lo que el total de la droga
contacta con él, difundiéndose los principios activos de la droga en el disolvente.
─ Maceración: La droga seca y molida se pone en contacto
con el disolvente a temperatura ambiente, dejando la mezcla
en reposo durante un tiempo determinado (normalmente de
3 a 10 días).Transcurrido el tiempo de maceración, se
decanta el extracto y se elimina el residuo vegetal.
─ Digestión: Es el proceso de maceración en caliente. La
temperatura del disolvente es inferior a la de su ebullición.
Los productos que se obtienen se denominan “digestiones”
─ Infusión: el disolvente hirviendo (generalmente agua) se
vierte sobre la droga y el conjunto se deja enfriar unos 10 a
20 min. Los productos que se obtienen reciben el nombre de
“infusiones”.
─ Decocción: la droga se cubre con el disolvente y el
conjunto se lleva a ebullición, manteniéndose así por 15 a 30
minutos. Posteriormente se enfría y se filtra.
133
● Continua: el disolvente utilizado para la extracción se hace pasar por la droga,
arrastrando a los principios activos de un paso. Este proceso permite extraer casi
por completo, los compuestos químicos presentes en la droga.
─ Percolación o lixiviación: este método permite colocar la droga
en una columna y estar en contacto permanente con el disolvente
que gotea por la parte inferior. Constantemente se adiciona
disolvente puro por la parte superior de la columna, de tal manera
que se compensa la cantidad de disolvente que sale por la parte
inferior.
Importancia del análisis y síntesis químicos como
procedimientos esenciales de la Química.
Los procedimientos de análisis y síntesis químicos son muy importantes para el desarrollo de los medicamentos. El proceso de análisis ha permitido aislar el principio activo y posteriormente establecer su estructura química. Por medio de la síntesis se producen principios activos y se modifica la estructura de éstos para obtener sustancias más eficaces. Análisis.
Para obtener un principio activo puro, primero se aísla y posteriormente se separa de todas las demás sustancias con que está mezclado. Dicha separación consiste en hacer extracciones de la planta con diferentes disolventes utilizando métodos de separación de mezclas, en ocasiones es necesario hacer estas separaciones por medio de técnicas como la cromatografía y la cristalización. Una vez que el principio activo se aísla y purifica, los químicos realizan diversas pruebas analíticas para determinar su estructura molecular, esto es, determinar la identidad de los compuestos. Por ejemplo en la determinación de cafeína en el café ha adquirido mucha importancia, debido a su uso en la industria farmacéutica y en la industria de alimentos y uno de los métodos de análisis utilizados es la cromatografía porque esté método analítico no solo permite la separación de los componentes de una mezcla, sino también su identificación y cuantificación. Síntesis.
La síntesis química consiste en obtener compuestos químicos a partir de sustancias más simples. Los objetivos principales de la síntesis química son la creación de nuevas sustancias químicas, así como el desarrollo de métodos más baratos y eficaces para sintetizar sustancias ya conocidas. Normalmente, basta con la purificación de sustancias naturales para obtener un producto químico o aprovechar el uso de ese producto como materia prima para otras síntesis.
134
La industria farmacéutica, por ejemplo, depende con frecuencia de complejos compuestos químicos que se encuentran en el petróleo crudo, para la síntesis de medicinas.
Del petróleo se separa el benceno, que a continuación reacciona secuencialmente
con el ácido sulfúrico, hidróxido de sodio, hielo seco (CO2 sólido), agua y anhídrido
acético para producir el ácido acetilsalicílico.
Identificación de grupos funcionales en moléculas de
algunos principios activos presentes en medicamentos.
Los medicamentos contienen en su formulación una molécula o moléculas,
llamadas principios activos, que son las responsables del efecto terapéutico. En la
actualidad la mayoría de los principios activos que son utilizados en la medicina se
obtienen por síntesis química para obtener el compuesto deseado.
Las moléculas empleadas para obtener la gran diversidad de principios activos
presentan en su estructura un átomo o átomos que son la parte reactiva de dicha
molécula y a los que se les conoce como Grupo funcional.
Es muy importante averiguar qué grupos funcionales posee una molécula, ya que
de ello dependerá en ocasiones el poder predecir sus propiedades o explicar su
comportamiento en un proceso químico o físico.
Algunos grupos funcionales en medicamentos se encuentran en la siguiente tabla:
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Grupos funcionales en moléculas de algunos principios activos presentes en medicamentos. A pesar de que los fármacos varían en su versatilidad (pueden servir para aliviar
varios síntomas), muchos de ellos actúan sólo contra enfermedades o infecciones
particulares. Esta especialidad es congruente con la relación que existe entre la
estructura química del fármaco y sus propiedades terapéuticas. Tanto la forma de
la molécula, así como la identidad y localización de sus grupos funcionales son
factores importantes que determinan su eficacia. Veamos lo anterior para el caso
de un analgésico, una vitamina y un antibacteriano.
Identificación de grupos funcionales en algunos medicamentos.
Analgésico Grupos funcionales
El Tylenol. Este tipo
de medicamento se
utiliza para reducir la
fiebre y aliviar el
dolor. En su estructura
molecular se señalan
dos grupos funcionales.
Vitamina C
La presencia de esta vitamina
es creada internamente por casi
todos los organismos, siendo
los humanos una notable
excepción. En su estructura
molecular se presentan tres
grupos funcionales.
1. Hidroxilo
2. Amida
2. Éter
1. Hidroxilo
Antibacteriano (cefalotina) Es fármaco antibacteriano de primera generación. Fue la primera cefalosporina comercializada y actualmente sigue teniendo gran utilidad. En ella se señalan tres grupos funcionales.
1. Amino
2. Carboxilo
3. Carbonilo
3. Carbonilo
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Relación entre la estructura molecular
y las propiedades de los compuestos.
Paul Ehrlich investigó un compuesto de arsénico que resultó eficaz para matar el
microbio causante de la sífilis sin causar daños serios al paciente. Su búsqueda
consistió en encontrar un ingrediente que actuará sólo en el sitio afectado. Su
estrategia consistió en modificar sistemáticamente la estructura de muchos
compuestos de arsénico y hacer pruebas de actividad y toxicidad de cada
compuesto usando animales de laboratorio. A partir de entonces, los químicos de
medicamentos han adoptado esta estrategia de relacionar cuidadosamente la
estructura química de la molécula con la actividad del fármaco en el organismo.
Muchos de los fármacos actúan solo contra enfermedades o infecciones
particulares, es congruente con la relación que existe entre la estructura química
del fármaco y sus propiedades terapéuticas. Tanto la forma de la molécula, así
como la identidad y localización de grupos funcionales son factores importantes
que determinan su eficacia.
En base a lo anterior veamos el caso de la aspirina:
Presencia e identificación de grupos funcionales en la aspirina y
en medicamentos tipo aspirina.
La aspirina tiene tres grupos funcionales: En (1) tenemos
un grupo funcional en el que forma parte de él un anillo
bencénico. Su presencia hace a la aspirina soluble en
Líquidos. Las otras dos porciones son responsables de
la actividad del fármaco. En (2), el grupo ─COOH es un
ácido orgánico. Y en (3), el otro grupo funcional ─COO─,
es un éster (producto de reacción de un alcohol con un
ácido). Debido a que la aspirina mantiene el ─COOH del
ácido salicílico original, ésta mantiene algo de las
indeseables propiedades ácidas del ácido salicílico.
La presencia del grupo éster disminuye la acidez del grupo ácido y hace a la
aspirina más aceptable y menos irritante para las paredes del estómago.
Ejemplos de estructuras – propiedades en los fármacos.
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Modificación de la estructura del principio activo para disminuir efectos
secundarios.
En las estructuras antes mencionadas las pequeñas alteraciones en la estructura química pueden producir cambios importantes en la actividad de las sustancias. La adición de un grupo de ácido acético al producto natural ácido salicílico dio como resultado la aspirina, un compuesto menos tóxico. Cincuenta años después, en otro laboratorio, la adición de un grupo amino (-NH2) produjo el ácido para – aminosalicílico, uno de los primeros fármacos exitosos en el tratamiento de la tuberculosis. Relación entre la estructura del principio activo y su acción en el
Organismo
La aspirina tiene algunos efectos secundarios, entre los que se encuentran, ulceraciones gástricas y lesión hepática, además como es un compuesto ácido, algunas personas sufren molestias estomacales si la toman. Lo anterior condujo a la búsqueda de otros analgésicos antiinflamatorios que no presenten estos efectos. Las investigaciones han producido alrededor de otros 40 compuestos tipo aspirina. De estos, el ibuprofeno y el acetaminofén son más específicos en el modo de acción que la aspirina. Algunas fórmulas estructurales de medicamentos tipo aspirina son las
siguientes:
Ibuprofeno
Acetaminofén
Alternativas para las personas que no pueden tomar aspirina: Los antiinflamatorios no esteroideos a menudo se recetan para el dolor y la inflamación. Existen aproximadamente 20 disponibles sin receta médica y tres que no la requieren (ibuprofeno, naproxeno y ketoprofeno), aunque las versiones de estantería abierta se encuentren en dosis menores. Se deberá consultar al médico antes de tomar cualquiera de estos fármacos.
Aspirina
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Evaluación formativa
1 ( ) La siguiente estructura representa la molécula del ácido acetilsalicílico (aspirina) en la cual están marcados dos grupos funcionales. Selecciona el inciso que los contiene.
a) ácido carboxílico, alcohol
b) cetona, amina
c) carboxilo, éster
d) éster, cetona
2 ( ) Selecciona el inciso que contenga los dos grupos funcionales marcados
en la estructura de la efedrina.
a) hidroxilo, amino
b) éster, amida,
c) cetona, carbonilo
d) hidroxilo, cetona
3 ( ) Seleccione el inciso que mencione el grupo funcional enmarcado en la
estructura de la anfetamina.
a) éster
b) amida
c) carbonilo
d) amino
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Evaluación sumativa
1. ( ) En la ecuación química de la síntesis de la aspirina los grupos funcionales
que forman la parte activa del ácido salicílico es:
a) amina y cetona
b) hidroxilo y carboxilo
c) éster y amida
d) cetona y éster
2. ( ) ¿Qué determina las propiedades de las moléculas orgánicas?
a) la temperatura b) las masas moleculares c) sus puntos de fusión d) sus grupos funcionales
3 ( ) En un tubo de ensaye con 1 g de ácido salicílico se agregan 2 mL de anhídrido acético y 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, para acelerar la reacción. Se coloca a baño maría (45°C) por 5 min; enseguida se enfría sobre hielo, para cristalizar el ácido acetil salicílico (Aspirina). Una condición de reacción química es:
a) la temperatura
b) la presión
c) el tamaño de partícula d) la concentración.
Respuestas: 1B, 2D, 3A.
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