9. Según Arrhenius, cuál de los siguientes conjuntos de sustancias, no es 10. considerado ácidos
f) HCl, HNO3, HCOOH g) H2SO4, NH3, HCl h) H2Se, HCl, CH3COOH i) H2SO4, HClO4, H3PO4 j) CH3COOH, HI, H2S
Rpta. Calcular el pH de una solución que contiene 0,56 g de KOH, en un volumen de 250 ml de solución H = 1, O = (P.A. K = 39, 16)
Rpta.
I. OBJETIVO El objeto de la electroquímica es estudiar las reacciones químicas producidos por efecto de la corriente eléctrica (electrólisis). Y la producción de energía eléctrica mediante transformaciones químicas llamadas comúnmente galvánicas o pilas.
II. ELECTRÓLISIS Es la descomposición de los electrólitos por acción de la corriente eléctrica, proceso que consiste en la deposición o liberación de materia en los electrodos.
ELEMENTOS EN LA ELECTRÓLISIS Los elementos necesarios en la electrólisis son los siguientes: 1.
2. Fuente Eléctrica Son dispositivos que generan corriente eléctrica continua, que usualmente proviene de la transformación ce corriente alterna de 220V o 110V rectificándolo a 6,12V en corriente continua.
Celdas Electrolíticas Es el recipiente que contiene al electrólito y es en donde se produce la electrólisis. Las cubas electrólíticas varían mucho con la naturaleza de los electrólitos y de la temperatura empleada. Para su construcción debe resistir al ataque de las 3. soluciones ácidas o alcalis. Generalmente son de acero revestido por P.V.C.
Electrolito Son sustancias químicas que en disolución o fundidas se disocian en iones. Dependiendo la cantidad de iones de su concentración y de la temperatura. Por la naturaleza química del soluto existen electrólitos fuertes y débiles.
Electrólito Débil Son aquellas sustancias químicas en donde la disociación no es completa. Estableciendo un equilibrio entre los moles no disociados y los iones. Ejemplos de Electrólitos son: los Acidos, Bases, Débiles, Sales de Estructura Covalente, el Agua.
Electrólito Fuerte Son sustancias químicas que se disocian por completo en iones por ejemplo. Las Sales Ionicas, Acidos y Bases Fuertes. 4. Electrodos Los electrodos son conductores metálicos que están en contacto con la fuente eléctrica e
ELEMENTOS DE CALEFACCIÓN inmersos en el electrólito, los electrodos pueden ser:
Electrodo Inerte: Un electrodo es inerte cuando su única función es conducir la corriente eléctrica.
Electrodo Soluble o Reactivo Estos electrodos además de conducir la corriente eléctrica participan en el proceso. Generalmente sufren una oxidación. * Por su carga eléctrica los electrodos son: realiza mediante calentadores eléctricos por inmersión que constan esencialmente de una resistencia electriza aislada, introducida dentro de un tubo de acero revestido con material antióxidante.
EN EL ANODO Los iones negativos o aniones se dirigen al polo positivo o ánodo, al que ceden los electrones generándose una semireacción de oxidación. En la figura se ilustra el proceso: ?A) Reacción anódica: n(Am- + me- ?B)
Reacción: mn+A + nBm- ?mA+nB LEYES DE FARADAY Cuando se hace pasar corriente eléctrica a través de una solución electrolítica se produce un desplazamiento de materia hacia los electrodos una deposición o desprendimiento progresivo de parte de la sustancia que forma el electrólito. Las leyes de Faraday suministra la herramienta matemática para estudiar cuantitativamente los fenómenos. CÁTODO: Es el electrodo que lleva electrones de la fuente a la disolución ÁNODO: Es el electrodo que acepta electrones de la solución electrolítica y en electrolítica y en donde ocurre una donde ocurre una oxidación su carga reacción de es positiva. reducción su carga es negativa. La mayoría de las celdas electrolíticas necesitan una ligera calefacción, debido a la elevada concentración necesitan un calentamiento para aumentar la conductibilidad y la solubilidad, de los electrólitos. La calefacción de los baños generalmente se –
– –
– –
– –
– +
+ +
+ +
+ +
+ – – – + + + + – Fuente C.D.
Reacción Catódica: m(An+ + ne- A N O D O C A T O D O Bm- ANION An+ CATION
+ – – A PRIMERA LEY La masa depositada o liberada de una sustancia en un electrólito es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la solución. 1Eq ? g.q 96 500 m ? ? m = 1Eq- m= K.q Eq.q 1Eq ? g. I.t 96 500 m ? m: masa depositada o liberada (g) q : carga eléctrica (c) Eq-g: equivalente gramo de la sustancia depositada o liberada EqEq: equivalente electroquímico I: intensidad (A) t : Tiempo (s)
SEGUNDA LEY Cuando una misma intensidad de corriente fluye por dos o más celdas electrolíticas, la masa depositada o liberada es proporcional a su peso equivalente. mC P.Eq(C) mB P.Eq(B) mA P.Eq(A) ? ? mA, mB, mC: masa depositadas o liberadas en los electrodos. NUMERO DE FARADAY Es la cantidad de electricidad necesaria para depositar o liberara equivalente gramo (Eq-g) de una sustancia química. 1F = 96490 ? 96500 C EQUIVALENTE GRAMO (EQ-G) Un equivalente es la cantidad de sustancia que se deposita o libera en un electrodo debido al paso de 1 coulumb. Eq . Eq(A) = Eq ?g ( A ) 96500C III. CELDAS GALVÁNICAS Son dispositivos en que a partir de una reacción redóx, se obtiene energía eléctrica, proceso que consiste en la inversión de la electrólisis.
ESTRUCTURAS DE LAS CELDAS GALVÁNICAS ÁNODO: n(A – me ? Am+) CATODO: m(Bn+ + ne? B) CELDA: nA + mBn+ ? nAm+ + mB – + Fuente + + – + + + — B – + + + — C – A N O D O C A T O D O An+ Bn- + –
NOTACIÓN DE LAS CELDAS GALVÁNICAS Para representar las pilas Galvánicas se utiliza la siguiente notación:
A?AM+??BN+?B
A?AM+: Anodo de la pila que se ubica a la izquierda en donde ocurre la oxidación. ??: Separación de las hemiceldas (Puente salino) BN+?B: Cátodo que se ubica a la derecha en donde ocurre la reducción.
Puente Salino: El puente salino es por lo general un tubo en U invertido lleno de una solución inerte de cloruro de Sodio o de Potasio. El Puente Salino, es un conductor electrolítico que permite que cationes y aniones se muevan de una celda a otra para mantener la neutralidad eléctrica.
FUERZA ELECTROMOTRIZ NORMAL DE UNA CELDA GALVÁNICA (f.e.m.) En una celda galvánica el ánodo presenta al electrodo de mayor potencial normal de la celda, constituida por cualquier par de electrodos se desarrolla las semireacciones en cada electrodo y se suman los de oxidación con los signos adecuados:
EºCELDA = EºOPXIDACIÓN + EºREDUCCIÓN EºCELDA = EºANODO + EºCATODO EºCELDA = EºOPXIDACIÓN + EºOXIDACIÓN
ECUACIÓN DE NERNST A fines del siglo XIX H.W. Nernst un químico alemán encontró que el potencial de una celda no sólo está en función del electrodo y del electrólito, sino también de su concentración y temperatura para obtener el voltaje de una celda galvánica en condiciones diferentes a las normales, se utilizará la ecuación de Nernst. ( Concentración de los productos) (Concentración de los reactantes) RT nF ? Ln E ? Donde: E : Potencial o Voltaje de la Celda (f.e.m.) Eº : Potencial normal del par dado. R: Constante universal de los gases 8,313 J/mol-g T: Temperatura absoluta ºK F: Número de Faraday 96500 C/Eq-g n: Número de electrones que se pierde o gana Ln: Logaritmo Neperiano.
Sustituyendo los valores numéricos de las constantes y pasando de logaritmos naturales a decimales, obtendremos: Productos Reactantes Log 1,98 x 10?4 T n E ? Eº?
Si además se introduce la temperatura normal de 25ºC la ecuación de Nernst queda de la siguiente forma: Productos Reactantes Log 0,0592 n E ? Eº? CELDA DE CONCENTRACIÓN Una celda de concentración son aquellas que generan corriente eléctrica a causa de la diferencia de concentraciones del electrólito en ambas Hemiceldas. El voltaje de esta celda se puede calcular por la ecuación de Nernst. Zn(s) ?Zn2+ (0,1M? ?Zn2+ (1M)?Znº(s)
Zn?2+ (0,01M)?Zn2+ (1M?Zn
Ecuación de Nernst ( Concentración de productos) (Concentración Reactantes) Log. 0,059 n E ? ? PILAS En un sistema que permite obtener corriente eléctrica a partir de una reacción redox.
CLASES DE PILAS: PILAS PRIMARIAS O VOLTAICAS Son aquellas que tienen un duración limitación; estas tienen duración hasta que se agoten los iones de la solución o uno de los electrodos. PILA SECA;
Tienen en la parte intermedia una barra de grafito (c) cubierta por una mezcla acuosa de cloruro de armonio, dióxido de manganeso y carbón. La oxidación ocurre en la envoltura de cine (Zn) (Anodo) y la reducción ocurre sobre el grafito (Cátodo).
OXIDACIÓN: Zn ? Zn+++ 2e REDUCCIÓN: 2e + 2NH4+ 2MnO2 ? 2HMnO2 + 2NH3 PILAS SECUNDARIAS O ACUMULADORES Son aquellas que se pueden cargar (suministrar energía) y así producir una reacción química, formándose nuevas sustancias; después estas reaccionarán entre sí generando electricidad.
Ejm: Batería + – Zn2+ (1M) SO42-
CATODO (Zn) SO42- Zn2+(0,001M)
ANODO (Zn) – MnO2 + NH4 Cl + C
Zn
CARTÓN POR CADA Eq-g de Zn se consume 1 mol de MnO2
+ BADRRA DE GRAFITO
2H+ 2 e Fe3+ + 1e Pb + 4e En la descarga, la oxidación ocurre en el ánodo: Pb ? Pb+2 + 2e Y la reducción en el cátodo Pb+4O2 + 2e ? Pb+2 La reacción total es: 2H2SO4+Pb+4O2+PbO?2Pb+2SO4+2H2O en el ánodo
en el cátodo
Descarga Carga
POTENCIALES ELECTROQUÍMICOS NORMALES
CONCENTRACIONES IÓNICAS 1M EN AGUA A 25ºC Nº SEMI REACCIÓN POTENCIAL (V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Li K Ca Na Al Zn Cr Fe Cd Ni Sn Pb Li + 1e K++ 1e Na+ + 3e Al3+ + 3e Zn2+ + 2e Cr3++3e Fe2+ + 2e Cd2++ 2e Ni2++ 2e Sn2++2e 4+ +3.02 +2.925 Ca²++ 2 e +2.87 +2.714 +1.66 +0.76 +0.74 +0.44 +0.40 +0.25 +0.14 +0.13 13 14 15 16 17 18 19 20 H2O Cu Fe2+ Ag 2Br 2Cl Au 2F Ag+ + 1e Au3++ 3e F2 + 2e 0 Cu²+ + 2e -0.34 -0.771 -0.799 Br2º + 2e -1.065 Cl2º + 2e -1.359 -1.5 -2.87 1. PROBLEMAS RESUELTOS Y PROPUESTOS
¿Qué intensidad de corriente (amperios) necesitamos para depositar 90g de aluminio en 5 horas?
(P.A. Al = 27) a) 27,0 b) 36,4 c) 48,7 e) 60,8 d) 53,6
Resolución Aplicamos la 1º ley de Faraday . I .t Eq?g(Me) 96500 m?Me? ? Luego: I ? m(me).96500 Eq?g(Me).t Reemplazando:
I = 90g.96500 A . S 27 3600S g.5. 3 1H I = 53,6 Rpta. d 2. Si en el cátodo de una celda que contiene CuCl2 se han depositado 6,35g de metal durante 1930 segundos ¿Qué corriente se utilizó en amperios? (P.A. Cu = 63,5 Cl = 35,5) a) 50A b) 5A c) 25A d) 2,5A e) 10A Resolución
Reacción Catódica: CuCl2 ? Cu²+ + 2Cl- Eq–g(Cu) = g 63,5 2 Eq – g(Cu) = Equivalente gramo del cobre.
Aplicamos: I = m(Me) .96500A . S Eq ? g(Me) .t Reemplazamos: I = 6,35 . 96500 A . S 63,5 g .1930S 2 I = 10A Rpta. e 3. Determinar el potencial de la siguiente pila: Mg/Mg²+, 1M//Ag+, 1M//Ag 2,34V; (EºMg/Mg2+ = EºAg/Ag+ = -0,80V) e) a) +1,54V b) +3,14V c) +3,94V d) 0,74V 0,37V
Resolución
Aplicamos celdas galvánicas:
Mg/Mg²+, 1M//Ag+, 1M//Ag Luego: Ordenando las Semiceldas Mgº – 2e ? Mg2+ Eº = + 2,34V
2Ag+ + 2e ? 2Agº Eº = + 0,80V (Se ha invertido semireacción y se cambia la el por (+) en el signo (-) potencial) Finalmente:
EºCELDA = EºOXID + Eº RED. Reemplazamos: EºCELDA = 2,34V + 0,80V EºCELDA = + 3,14V 4. Rpta. b
¿Cuántos gramos de cobre metálico se puede formar al pasar una corriente de 9,65 amperios a través de una solución de CuSO4 durante 1 hora
(P.A. Cu = 63,5)?
a) 2,0g b) 0,968g c) 11,43g d) 20,0g e) 11,43g 5. Las celdas electrolíticas están conectadas en serie, una de ellas contiene una solución de CuSO4 y la otra AgNO3 ¿Cuántos gramos de plata se depositan en el mismo tiempo que se deposita 6,35g de cobre?
(P.A. Ag = 108 Cu = 63,5) a) 12g c) 18,6g b) 10,6g d) 21,6g e) 30g 6. para la Encontrar el f.e.m. la reacción de siguiente pila: 2Ag+ + Znº ? + Zn++ + 2Agº Znº/Zn++ Eº = 0,76V Agº/Ag+
a) 0,80V c) 1,56V Eº = -0,80V
b) 0,76V d) –0,80V e) -1,56V 7. Se considera una celda galvánica formada por una lámina de zinc sumergida en una solución de ZnSO4 de 1M y una lámina de plata sumergida en una solución de AgNO3 1M. El cable conductor y el puente salino completando el circuito. Indicar la proposición incorrecta.
Datos: Zn+2 : Znº ? 0.76v Ag+ ? Agº Eº
Eº : 0,8v la f) El potencial de celda es el 1,56v g) El electrodo de Zn es el ánodo
h) En el lado de electrodo de plata se produce la oxidación. i) El cátodo incrementa su masa y el ánodo disminuye. j) Los electrodos fluyen del electrodo de Zn al electrodo de plata. 9. ¿Cuál es el potencial normal de la reacción? Zn(s) + Cl2(g) ? Zn2+ + 2Cl-
Zn/Zn2+ Eº = 0,76v Cl-/Cl2 Eº = -1,36v a) 2,12 b) 1,36 c) 0,6 d) 0,7 e) 0,4 10. Según la tabla de potenciales es estándar : Fe3+ ? Fe2+ 0,71v
F2 ? F- Eº
Eº : 2,85v ¿Cuál de las afirmaciones es correcta?
f) El ion F- es un agente más oxidante que el ión Fe3+ es un agente g) El F2 reductor h) El ión Fe2+ es un agente más oxidante que el ión F- i) El ión F- es un agente más oxidante que el ión Fe2+
j) El ión Fe3+ es un agente oxidante más energético que el F2 11. Una solución acuosa de sal de platino se electroliza pasando una corriente de 2,50 amperios durante 2 horas, produciéndose 9,12 gramos de Pt metálico en el cátodo. ¿Cuál será la carga de los iones platino en dicha solución? PA(pt) = 195 u.m.a. a) +1 c) +3 d) +4 b) +2
e) +5 12.
I.
II. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones respecto a la electrólisis: Es una transformación química no espontánea. En un electrodo ocurre un proceso de reducción u oxidación. III. El proceso a nivel industrial puede utilizar corriente eléctrica continua o alterna. IV. En un proceso electrolítico, todas las especies químicas del electrolito siempre se transforman. c) FFFV a) VVFV
d) VVFF b) FVFV
e) VVVV 13. I.
II. Sobre electrolisis El electrodo positivo es aquel en donde ocurre la oxidación. El electrodo negativo se llama ánodo, en el ocurre la oxidación. III. El conductor externo permite la unión del cátodo y del ánodo, a través de el fluyen los electrones. IV. Si el proceso se usa para un electroplateado, el objeto a recubrir se debe colocar en el cátodo Es(son) correcto(s) a) Todos b) I – II c) II – III d) I – II – IV e) I – III – IV 14. Calcule el valor de la intensidad de corriente que se requiere para reducir todos los iones plata contenidos en 2,6 L de AgNO3 2,5M si el proceso debe durar un día. c)8,2A a)2,4 A b)3,6 A d) 10,8 A e) 7,26 A
? ? ? QUÍMICA ORGÁNICA Estudia a los compuestos del carbono y a los elementos organógenos: C, H, O, N y a los biogenésicos: P, Ca, Mg, Na, F, I, Fe, etc
PROPIEDADES DEL CARBONO 1) TETRAVALENCIA El carbono formo 4 enlaces 2)
3)
4) covalentes AUTOSATURACIÓN Enlace entre átomos de carbono. COVALENCIA Compartición de par de electrones. FORMA TETRAEDRICA Según VAN´T HOFF el carbono se hibridiza y forma un tetraedro (sp3). HIBRIDACRÓN: sp³ sp² sp ? C – ? – C – – C ? C – ALCANO C = C
ALQUENO ALQUINO
TIPOS DE CARBONO CARBONO Nº ÁTOMOS DE “C” AL QUE ESTÁ UNIDO Primario Secundario Terciario Cuaternario 1 2 3 4 CH3 CH3 ? – CH2 – CH – CH2 – ? ? ? p s t CH3 ? C – CH3 ? CH3 c formados HIDROCARBUROS Compuestos Binarios por H y C. I. Acíclicos. Cadena abierta a. Saturado Alcano CnH2n+2 b. No Saturado Alqueno CnH2n Alquino CnH2n-2
II. Cíclicos: Cadena cerrada a) Aliciclico: Ciclo alcano CnH2n Ciclo Alqueno CnH2n-2 Ciclo Alquino CnH2n-4 b) Aromático 1. Alcanos o Parafinas Cn H2n + 2 C – F.Condensada 1,2,3…..
F.Global F.Semidesarrollada F.Desarrollada H ? H
? C2H6 CH3–CH3 CH3 CH3 H–C–C–H ? ? – C – ? ?
? ? H Etano (IUPAC) ?
H
Grupo Alquino (R-) CH3 – metil C2H5 – <> CH3 – CH2 – etil CH2– 2-metilpropoil CH3 ? CH3–CH – (isobutil) 3 2 1 1 2 3 CH3–CH – CH2–CH3 1-metilpropil(sec-butil) CH3 ? CH3– C- CH3 ? 1 2 1,1 – dimetileti (ter-butil) del C5H12 (de III. Isomeros Cadena) IUPA común 1) CH3–CH2–CH2–CH2–CH3– pentano n-pentano 2) 1 2 3 4 CH3– CH – CH2–CH3 2-metilbutano isopentano ? CH3
3) CH3
CH3–C-CH3 2,2-dimetilpropano neopentano 1 2 3 CH3
PROPIEDADES: ?
? Son moléculas no polares Sus moléculas están unidas por fuerzas de vander waals ?
?
? El punto de ebullición aumenta con el número de carbonos. En isómeros de cadena a mayor ramificación menor punto de ebullición. Son sustancias de poca reactividad (parafinas) ?
?
? Son usados como combustibles Dan reacciones de sustitución, no de adición (saturados) Halogenación: luz CH4 + Cl2 CH3 Cl + HCl ? Combustión: a) Completa. Exceso de O2 CH4 + 2O2 ? CO2 + 2H2O + calor ? Incompleta. Deficiencia de O2 2CH4 + 3O2 ? 2CO + 4H2O+calor 2. Alquenos u Olefinas Cn H2n n: 2,3,4…..
C2H4 CH2 = CH2 eteno (etileno) CH2 = CH – CH2 – CH3 C4H8 buteno (2 isómeros = – CH3 de posición) 2-buteno 1 CH3-CH
2 CH
3 4 ? ? ? C = C ? ?
? 3. Alquinos o Acetilénicos Cn H2n 2,3,4….. C2H2 CH? CH etino (acetileno) C4H6 CH ? C – CH2 – CH3 butino (2 isómeros de posición) CH3-C ? C – CH3 2- butino 1 2 3 4 PROPIEDADES: ? La mayor parte de las propiedades físicas de los alquenos y alquinos ? son semejantes a los alcanos correspondientes. Los alquenos y alquinos ?
? dan reacciones de adición. Los alquenos tienden a ser ligeramente más polares que los alcanos. Los alquinos son más ácidos que los alquenos y éstos más ácidos que los alcanos correspondientes. ? Los alquenos presentan isomería geométrica Cl
H Cl
C = C
H Cl
H H
C = C
Cl µ = 2,95D p.e. = 60ºC µ = 0D p.e. = 48ºC trans 1,2- cis 1,2–dicloroeteno dicloro eteno ? Hidrogenación: CH = CH + H2
CH2 = CH2 + H2 Pt
Pt CH2 = CH2
CH3 – CH3 ? Obtención de etino (acetileno) CaC2 + 2H2O ? C2H2 + Ca(OH)2 HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS Ciclo Propano Ciclo butano Ciclo buteno
PROPIEDADES: ?
? Los anillos de más de 5 carbonos son más estables. Los anillos de 3 o 4 carbonos dan reacciones de adición y los anillos de 5 y 6 carbonos se comportan como los alcanos. HIDROCARBUROS AROMÁTICOS ? ? Son moléculas planas Son apolares ?
?
? Los átomos de carbono están hibridados sp² Presentan resonancia, lo que le da estabilidad a anillo. Dan reacciones de sustitución ? ? ? – C ? C — <> CH2 CH2 CH2
Tolueno Benceno Naftaleno ISÓMEROS DE POSICIÓN 1,3-diclorobenceno meta-diclorobenceno 1,4- para- 1,2-diclorobenceno diclorobenceno orto-diclorobenceno diclorobenceno Y FUNCIONES OXIGENADAS NITROGENADAS Nombre Ejemplo ? OH …ol CH3 – CH – CH2 – CH3 2-BUTANOL
…eter CH3 – O – CH3 DIMETILETER …al CH3 –CHO ETANAL …ona CH3 – CO-CH3 PROPANONA (ACETONA) acido…oico CH3 – COOH ACIDO ETANOICO …ato de CH3 –COO-CH3 ETANOATO DE METILO …ilo CH3 –NH2 METILAMINA …amina CH3 – CONH2 ETANAMIDA …amida Isómeros de función: Se diferencian por tener distintos grupos funcionales. CH3 – CH2 – CHO aldeido CH3 – C O – CH3 cetona C3H6O
PETRÓLEO Es una mezcla mineral compleja de hidrocarburos sólidos, líquidos y gaseosos. El petróleo contiene también compuestos nitrogenados, oxigenados y sulfurados. El azufre es un elemento inconveniente. Tiene origen marino (Hipótesis mas aceptable) PROPIEDADES ? Son líquidos de consistencia oleosa, ? ?
? viscosos, fluorescentes. Insolubles en agua. Color variable, pardo rojizo con reflejo verdoso y oscuro Menos denso que el agua (0,78 – 0,91 g/ml)
REFINACIÓN: Es la separación de fracciones útiles del petróleo crudo. En primer lugar se separan los sólidos en suspensión, el agua y las sales orgánicas. Luego se somete a destilación fraccionada.
PRINCIPALES FRACCIONES DEL PETRÓLEO:
Fracción Nº T. átomos ebullición Ligroina Gasolina de C Gas natural C1-C4 Eter de C5 – C6 petróleo C7 – C6 C12 (ºC) -161 a 20 30 a 60 20 a 135 30 a 180 170 a 290 C6H6 CH3 Cl Cl 1 2 Cl Cl 1 2 3 Cl 1 2 3 4 Cl
Queroseno Aceite lubricante C11 C16 C15 – 300 a 370
– C24
Cracking (Ruptura pirolítica) Es la ruptura de moléculas grandes de Hidrocarburos por efecto de una elevada temperatura y presión obteniéndose alcanos y alquenos de baja masa molar.
Cracking térmico. Se realiza a una temperatura de 470ºC a 510ºC y 50 atm. Esta gasolina tiene mayor octanaje que la gasolina obtenida por destilación directa.
Cracking Catalítico Se realiza a una temperatura de 430 a 460ºC y una presión de 1,4 a 3,4 atm. Usando un catalizador. Esta gasolina tiene mayor octanaje que la gasolina obtenida por cracking térmico.
Alquilación. Es un proceso para obtener gasolina de alto índice de octano. Los alcanos y alquenos de baja masa molar se condensan originando hidrocarburos ramificados.
Indice de Octano. Es una medida de un combustible a detonar. El índice de octano aumenta al disminuir la masa molar y aumentar las ramificaciones. Los alquenos, ciclo alcanos o hidrocarburos aromáticos tienen alto índice de octano. algunos Octanaje de hidrocarburos: HIDROCARBUROS AROMÁTICOS En la serie aromática los compuestos son isocíclicos. Llamados bencénicos porque el benceno es el más simple de esta serie y al resto se les considera como derivados del benceno. La propiedad característica es su aroma. Los hidrocarburos aromáticos se encuentran y extraen principalmente del alquitrán de la hulla (en la destilación seca).
EL BENCENO, C6H6 Conocido como bencina (de alquitrán) o benzo. Su nombre químico es 1,3,5- ciclohexatrieno. Fue descubierto en 1825 por Michael Faraday, comprendiéndose que era un hidrocarburo insaturado por su peso y fórmula molecular, lo que no se comprendía era el arreglo de sus átomos. Después de muchas tentativas y modelos para encontrar una estructura que explique sus propiedades, se aceptó la del alemán
AlCl3 H + Cl2 ??? ?? H + HO+NO2 ?? 2 ?? ?? Friedrich Kekulé. Sin embargo ninguna ha convencido totalmente. CH CH CH CH CH CH (benceno) 1,3,5-ciclohexatrieno (benceno) benceno "núcleo bencénico"
La estructura del benceno presente tres enlaces dobles conjugados los cuales no son fijos sino móviles y oscilan entre las dos posiciones posibles, por lo que se representa el benceno por un hexágono regular con un círculo inscrito indicando los enlaces "deslocalizados".
En la estructura los seis carbonos son equivalentes, porque cada tiene sólo un hidrógeno.
Propiedades Físicas del Benceno Es un líquido incoloro de olor agradable (aromático), muy inflamable, muy volátil, insoluble en el agua, pero miscible en éter, cetona, alcohol, refrigente (refracta la luz); es tóxico; generalmente su combustión es incompleta. Se usa como materia prima para obtener nitrobenceno, anilina, etc. Se usa como disolvente (de grasas, resinas, caucho, azufre, etc.)
Propiedades Químicas del Benceno-Reacciones: El anillo bencénico no se altera es muy estable y poco reactivo (como los alcanos), es decir al reaccionar sólo se sustituyen los hidrógenos y poco se rompe el enlace carbono-carbono, resistiendo la acción de los oxidantes. Da reacciones de sustitución, oxidación, adición, nitración, etc.
5. Reacciones de Sustitución.- Son la halogenación, nitración, sulfonación y alquilación. Se puede obtener productos como: di y trisustituidos según se hayan sustituido 1, 2 ó 3 hidrógenos por halógenos. e) Halogenación.- Generalmente con el Cl y Br. Se pueden obtener: monohalogenados, dihalogenados y trihalogenados. Se usa como catalizador el tricloruro de Al, ó Fe. X + HX (benceno) halógeno AlCl3 Cl +HCl f) Nitración.- Con el ácido nítrico (HNO3). El HNO3 se adiciona mezclado con ácido sulfúrico (H2SO4), formando la "mezcla sulfonítrica". H SO4 NO2+H2O H + X+ X ??? ?? o Fe
3 H + HO+HSO3 ??? ? ? AlCl3 3 H + CH3-CH-CH3 ??? ?? 3CH?CH ?? ?benceno ? 3H2 ??? ? benceno ac. Nítrico nitrobenceno g) Sulfonación.- Con el ácido sulfúrico "fumante" SO SO3H +H2O benceno ác.sulfúrico ácido bencenosulfónico h) Alquilación.- Consiste sustituir un H por en un radical alquílico. H + R + HX R – X ??? ??
X: halógeno AlCl | CH-CH3+HCl | Cl CH3 6. Reacción de Oxidación.- Es una reacción muy limitada. En condiciones específicas de temperatura y catalizador, reacciona con el aire para dar el fenol. 7. Reacción de Combustión.- Arde con llama fuliginosa. Su combustión completa produce: CO2 + H2O + calor 8. Reacción de Adición.- Lo realiza en función a sus enlaces insaturados que posee. Son difíciles de realizar. En c. Adición de Hidrógeno (Hidrogenización).- presencia de Ni. Ni +
benceno ciclohexano d. Adición de Halógeno.- Generalmente Cl y Br. Pueden adicionarse: un mol, 2 y hasta tres moles de halógeno. Ejm.: En ciertas condiciones el cloro puede saturar los 3 dobles enlaces. Cl Cl + 3Cl2 ? Cl Cl Cl Cl Benceno Cuando el benceno pierde un hidrógeno se obtiene un radical que se denomina: fenil o fenilo. CH CH CH C – H CH CH Benceno, C6H6 CH C – H ó CH
CH CH
CH fenil (ilo), C6H5-
OBTENCIÓN DEL BENCENO Se obtiene a partir de algunos petróleos y en especial por destilación fraccionada del alquitrán de la hulla. También por los siguientes métodos: 3. Síntesis de Berthelot: ?T acetileno
4. Además por reducción del fenol o por hidrólisis del ácido bencensulfónico.
CARÁCTER AROMATICO Para reconocer si un compuesto es aromático debe tener: enlaces 3. Cadena cerrada y dobles alternados.
4. La cantidad de dobles enlaces debe ser = 2n+1, para n = 0, 1,2,4, …., enteros. Siendo siempre impar el número de dobles enlaces. DERIVADOS DEL BENCENO Entre los principales, y tenemos: mono, di trisustituidos. 4. Monosustituidos.- Cuando se ha sustituido un hidrógeno por un radical o un elemento monovalente. Tenemos: 5. Para grupos diferentes a los alquílicos: OH
Hidroxibenceno (fenol) CH2OH
Fenilmetanol (alcohol bencílico) CHO
Benzaldehído (fenical) COOH Ácido benzoico NH2 Aminobenceno (anilina) NO2 Nitrobenceno 6. Derivados Disustituidos.- Cuando se ha sustituido dos hidrógenos por grupos monovalentes (o elementos). Los sustituyentes pueden ser iguales o diferentes. Se dan tres casos de isomerismo, denominados: meta (m-) y para orto (o-), (p-). R 0-….6 2 …. Posición orto(0-): Posiciones 2 y 6 m-.. 5 3 …. Posición meta(m-): Posiciones 2 y 6
Posición para (p-) También se conocen otros disustituidos. Ejm.
Difenoles: o-fenodiol, m- fenodiol y p-fenodiol.
Diácidos carboxílicos: o- benzodioico (ácido ftálico), m-benzodioico (ácido isoftálico) y p- benzodioico (ác. tereftálico). Otros ejemplos:
Cl CHO -Cl -Br
m-diclorobenceno
OH m-bromobenzaldehído
OH
-NO2 | OH p-difenol (hidroquinina) m-nitrofenol. Derivados Trisustituidos.- Cuando se han sustituido tres hidrógenos del anillo bencénico, Se presentan tres isómeros: Vecinal o Vec-(en las posiciones 1, 2 y 3), Asimétrico o Asim- (posiciones: 1, 2 y 4) y simétrico o Sim-(posiciones: 1, 3 y 5); cuando los tres sustituyentes son iguales. Ejm. CH3 CH3 -CH3
-CH3 H3C- -CH3 1,2,3-trimetilbenceno (Vec-mesitileno) 1,3,5-trimetilbenceno (Sim-mesitileno)
OH .
OH | OH 1,2,4 -fenoltriol. (asimétrico)
Entre los derivados tetrasustituidos, tenemos: CH3 COOH O2N – NO2 HO OH | NO2 | OH Trinitrotolueno (ácido gálico) (trilita o trotyl) (TNT) OH . O2N -NO2
| NO2 (ácido pícrico) se disponen en forma Generalmente simétrica. PROPIEDADES DE LOS DERIVADOS DEL BENCENO
f) El Tolueno.- Es un líquido incoloro, insoluble en agua. Se obtiene a partir del alquitrán de la hulla. Su derivado más importante es el trinitrotolueno ó 2, 4, 6-trinitrotolueno (TNT). Se usa: como solvente, en termómetros de bajas temperaturas. Más tóxico que el benceno. g) El Fenol.- Llamado ácido fénico o ácido carbólico, también se le obtiene del alquitrán de la hulla, es un sólido cristalino, poco soluble en agua; coagula la albúmina. Se usa en medicina (como antiséptico) y en la industria. Es tóxico y cáustico. h) La Anilina.- En un líquido oleoso, incoloro, tóxico, olor desagradable, poco soluble en agua. Es una sustancia básica para la obtención de colorantes. i) Los cresoles.- Se encuentran en el alquitrán de la hulla. Son desinfectantes. j) En general son líquidos, olor agradable e insolubles en agua. Al aldehído
benzoico se le llama "esencia de almendras amargas". El TNT, es un poderoso explosivo.
COMPUESTOS POLINUCLEARES AROMATICOS de un anillo Tienen más bencénico. 2. Naftaleno.- Comúnmente se conoce como naftalina. En un sólido cristalino blanco, insoluble en agua. Se sublima fácilmente. Se obtiene a partir del alquitrán de la hulla. Se usa como antiséptico e insecticida. Es más reactivo que el benceno. Su fórmula global es C10H8. CH CH HC
HC C
C CH
CH CH CH ? ? 8 ? 1 ? 8 ? 6 2 3 ? 5 4 ? ?
Las posiciones indicadas con letras griegas o con números son los carbonos con hidrógeno sustituible. La nomenclatura común usa letras griegas. La nomenclatura IUPAC usa los números. Ejm.
Cl
1-cloronaftaleno -OH
2-hidroxinaftaleno CHO CH3 2-metil-1-naftal Br
3-bromo-1-naftoico. El naftaleno también da reacciones de halogenación, nitración, sulfonación y alquilación, etc.
Antraceno.- Su fórmula general es C14H10. Resulta de la condensación de tres anillos bencénicos. Es sólido, insoluble en agua, cristaliza en láminas incoloras. Se encuentra en el alquitrán de la hulla. Se usa en la industria de los colorantes. Sus principales reacciones son: cloración, nitración y sulfonación. CH CH CH HC
HC C
C CH
CH CH
CH CH ? CH
Posiciones ? CH
8 ? 9 ? 1 Sustituibles 7 ? 6 2 3 5 ? 10 ? 4 ? Las posiciones con letras griegas (sistema común) o números (sistema IUPAC) indican los C con hidrógeno sustituible. Ejm. COOH
CH3 |
9-metillantraceno (?-metilantraceno) OH |
1-hidroxiantraceno (?-antrol)
CH3 | CH3- -NO2
10-cloro-3-nitro-1,7-dimetilantraceno
Además se conoce: fenantreno
PROBLEMAS PROPUESTOS 1. ¿Qué propiedad no corresponde al carbono? f. Se combina por covalencia g. Es tetravalente h. Se autostura i. Al combinarse forma orbitales híbridos sp, sp², sp3. j. Sus alótropos tienen propiedades iguales. 2. ¿Cuántos carbonos primarios y secundarios tienen la molécula: 2,2,4 – trimetril pentano? a) 5,1 c) 4, 3 d) 3,2 b) 5,2
e) 6,3 3. ¿Cuántos enlaces sigma y pi hay en una estructura siguiente? CH ? C – CH2 – CH = CH2 a) 10;3 c) 10,4 d) 9;2 b) 8,2
e) 9;3 4. ¿Cuál es el nombre IUPAC del siguiente hidrocarburo?
CH3 – CH2 – CH – CH3 ? CH2 – CH3 f) g) h) i) j) 2-etilbutano 3-metilpentano 3-metilhexano Isohexano Neopentano 5. ¿Cuál de los siguientes hidrocarburos presenta mayor atomicidad? f) g) 2,2 – dimetil pentano heptano h) i) j) octeno 2,3 – dimetilhexano ciclo pentano 6.
7. ¿Cuántos isómeros de cadena tiene el pentano, C5H12?
a) 4 b) 3 c) 2 d) 5 e) 6
¿Cuántos carbonos presenta hibridación sp² la siguiente molécula? CH2 = CH–CH2–CH= CH – C ?CH la relación 8. Establezca correcta
f) CH4; sp² g) h) i) j) C3H8; sp C2H2; sp3 C2H4; sp² CCl4; sp² no 9. Señalar la relación correcta. f) C3H6 Ciclo propano g) C2H5 – ETIL
CH2 – h) CH2 = CH2 eteno i) CH3 – CH – Isobutil ? CH3 CH = CH – CH3 j) CH3 – Buteno 10. ¿Cuáles son las siguientes sustancias no productos de la combustión del gas propano? a) C c) CO2 b) CO d) H2O e) SO2 11. El nombre IUPAC a los compuestos siguientes:
CH3 – CH – (CH)2 – CH – CH – CH3 ? ? ? CH2 Cl CH3 ? CH3
CH3 – CH – CH – CH2 – CH – CH3 ? CH3 ? C2H5 ? CH3 CH3 – CH – CH2 – CH – CH3 ? C2H5 ? CH3 CH2 = CH – CH = CH – CH – CH3 ? CH3
CH3 – CH = CH – CH2 – CH = CH2
CH2 = CH – CH = CH – CH – CH3 ? CH3
OH ? C – C ? C – CH3
CH2 = C = CH2 CH3 CH ? C – C ? C – CH – ? CH3 CH2 = CH – CH = CH – C ? C – CH3 CH3 ?
CH3 – C – CH=CH–C ? CH – C ? C – CH3 ? CH3
I.
1.1 –
–
–
a)
b) FUNCIONES OXIGENADAS
ALCOHOLES Son compuestos que tienen como fórmula global: R-OH donde R: es radical no aromático y OH- es el radical oxidrilo o hidroxilo. Los alcoholes se pueden obtener, de la oxidación primaria de los hidrocarburos, donde un átomo de “H” se sustituye por el radical: OH- Los alcoholes se dividen en tres clases:
Alcohol primario (1º)
H ? R – C – OH ? H
Alcohol secundario (2º)
R ? R – C – OH ? H c) Alcohol terciario (3º) R ? R – C – OH ? R – Los alcoholes son compuestos en los cuales un grupo oxhidrilo está – –
– unido a un carbono saturado. Nomenclatura UIQPA Se selecciona la cadena de carbonos continua más larga a la cual esté directamente unido el oxhidrilo. Cambiar el nombre del alcano correspondiente de esta cadena eliminando la “o” final y agregando la terminación “ol”. Esto proporciona el nombre base del Alcohol. Se enumera la cadena de carbonos continua más larga, de manera que el carbono que contiene el grupo oxhidrilo utilizando este número; además indicar las posiciones de otros sustituyentes (o enlaces múltiples) utilizando los números correspondientes a su posición a lo largo de la cadena de carbonos. Ejemplo: 3 2 1 CH3CH2CH2 OH 1 – propanol 5 4 3 2 1 4-metil-1- CH3CH2CH2CH2CH2OH pentanol ? CH3 3 3 2 1 4 5 ClCH2CH2CH2 OH 1 2
CH3CHCH2CH=CH2 ?
? ? CH2CH2 ?
OH OH CH3CHCH2
OH CH2CH2CH2 ? ?
OH ?
OH OH Etien glicol (común) Propoilenglicol(común) Trimetilén glicol (común) 1,2-Etano diol (UIQPA) 1,2-Propanodiol(UIQPA) 1,3-Propanodiol(UIQPA) Nomenclatura común Con frecuencia, los alcoholes simples se identifican por sus nombres comunes para el cual se antecede el término ALCOHOL y se le a la terminación ILICO. Alcohol metílico
Alcohol etílico Ejemplo: CH3OH
CH3CH2OH ? OH Alcohol n- CH3CH2CH2CH2OH butílico Alcohol CH3 ? CH3CCH2OH neopentílico ? 1.2 –
– CH3
Aldehido Compuestos en los cuales el grupo “carbonilo” (> c = 0) está enlazado al carbono y al hidrógeno. Teóricamente se sustituyen dos átomos de hidrógeno de un carbono primario por un átomo de oxígeno. Los aldehidos pueden tener las siguientes fórmulas generales: O ?? C O ?? C O ?? C R H Ar H H H
Donde: R : grupo alquilo (grupo Ar: Grupo Arilo aromático) – Nomenclatura común – Se le da la terminación Aldehído. – Para designar la ubicación de un grupo sustituyente se le asignan letras griegas a los átomos de carbono de la cadena unida al grupo aldehído. ? ? H-CHO- Ejemplo: ? formladehido CH3CHCH2CHO ? CH3 OH 3-cloro-1-propanol 4- penteno-2-OL
CH2CHOH
CH2CH2OH
Los alcoholes que contienen dos grupos oxhidrilo se conocen comúnmente con GLICOLES. En el sistema UIQPA se llaman DIOLES.
Nomenclatura UIQPA – Primero se escoge la cadena continua más larga que posee el grupo aldehído, se reemplaza la “o” final del nombre del correspondiente alcano principal por el sufijo “AL”. – Se enumera la cadena de tal manera que el grupo aldehído sea el carbono 1 y se escribe en orden alfabético el nombre de los otros grupos orgánicos sustituyentes. Ejemplo:
O ?? 2-metil-propanol CH3CHC-H ? CH3 O ?? 5-cloro ClCH2CH2CH2CH2C-H pentanal 5-cloro-3-etil- CH3CH2CHCH2CHCH2CHO ? ? Cl CH2CH3 heptanal – A los aldehídos aromáticos se les asignan nombres derivados del benzaldehido, el aldehido aromático más simple: NOTA: Al metanol en solución acuosa diluida al 33% se le llama: Formol. ? OBSERVACIONES
El formaldehido (metanol) a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor irritante, ebulle a – 21ºC, es soluble en agua, ya que reacciona con ella y produce hidratos. ?
? Las soluciones acuosas de formaldehído se denominan soluciones de formalina, el cual se utiliza como preservativo de especímenes biológicos algunos líquidos embalsamantes también contienen formalina. Otras aplicaciones del formaldehido son: producción del papel, madera triplex, aislantes caseros, cueros, drogas, cosméticos, etc. CHO CHO OH CHO Cl Cl Benzaldehido O – hidroxibenzaldehido 2,4 – dicloro benzaldehído
?
?
? Si se polimeriza el formaldehido con el fenol, se libera agua y se sintetiza el polímero llamado baquelita. Otro polímero del formaldehido es la fórmica, la cual se utiliza para laminar la superficie de muebles y otros productos. Otro polímero del formaldehido es el melmac, el cual se utiliza en vajillas. –
– 1.3 cetonas Provienen de la oxidación de los alcoholes secundarios, eliminando una molécula de agua. Teóricamente se sustituyen 2 átomos de hidrógeno de un carbono secundario por un átomo de oxígeno. Grupo característico. – tener las O ?? -c-
Las cetonas pueden siguientes fórmulas: O ?? C O ?? C O ?? C R R Ar Ar R Ar Donde : R = grupo alquilo Ar = arilo – Nomenclatura común: Se derivan de los nombres de los dos grupos unidos al carbono carbonilo, seguido por la palabra cetona. O ?? O ?? CH3CCH3 CH3CH2CCH3 Acetona metil etil cetona O Dimetil cetona – – Nomenclatura UIQPA La terminación es “ONA” Para cetonas con cinco o más átomos de carbono, se enumera la cadena y se coloca el número más bajo posible al átomo de carbono del grupo carbonilo. Este número se utiliza para ubicar el grupo carbonilo, el cual separa mediante un guión el nombre de la cadena principal. Ejemplo: O ?? CH3CCH3
Propanona O ?? CH3CCH2CH3
Butanona O ?? CH3CH2CH2CH3 2-Pentanona
Observaciones ? La cetona (propanona) es un solvente excelente, disuelve muchos compuestos orgánicos y también es miscible con agua. ? Los removedores de esmaltes son soluciones que contienen acetona. También se utiliza en la producción de colorantes, cloroformo y explosivos. O ?? CH3CH2CCH2CH3 O ?? CH3CH2H2CCH2CH3 ? En individuos normales la concentración de acetona en la sangre nunca es mayor de 1mg/100cm3 de sangre. Sin embargo, en los diabéticos sin control la concentración de o c – CH2CH3 Etil fenil cetona
acetona se hace muy alta: mayor de 50mg/100cm3 de sangre.
Observaciones adicionales ?
?
? Los Aldehidos y las cetonas tienen puntos de ebullición más bajos que los de los alcoholes con masas moleculares similares. Los aldehidos y las cetonas de alto peso molecular tiene olores agradables, algunos de los compuestos carbonílicos de bajo peso molecular tienen olores agrios y penetrantes. Los aldehidos y las cetonas de bajo peso molecular son solubles en agua, no pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí, pero si lo hacen con el agua. ? Los compuestos carbonílicos de alto peso molecular son insolubles en agua debido a que los grupos alquilo y arilo incrementan el carácter no polar de la molécula.
1.3 Acidos Carboxílicos o Acidos Orgánicos Son derivados hidrocarbonados que contienen un grupo carboxilo. o O ?? -C-OH Grupo o radical Carboxilo -COOH Los ácidos carboxílicos tienen un grupo “R: radical” o un átomo de hidrógeno unido al grupo carboxilo, es por ello que la fórmula general de los ácidos orgánicos son:
O ?? R-C-OH – Nomenclatura UIQPA ? Se obtienen eliminando la “o” final del nombre del alcano correspondiente a la cadena más larga del ácido, adicionando la terminación OICO y anteponiendo la palabra ácido.
O O O ?? ?? ?? HCOH CH3COH CH3CH2COH Acido metanoico Acido etanoico Acido propanoico
O ?? CH3CH = CHCH2CH2COH Acido 4-hexenoico – ? Nomenclatura común Muchos ácidos carboxílicos tienen nombres comunes derivados de palabras griegas o latinas que inician una de sus fuentes naturales. IUDAC
Ac. Metanoico Ac. Etanoico Ac. Butanoico Ac. Hexanoico Ac. Pentanoico Ac. Octadecanoico NOMBRE COMÚN Ac. fórmico Ac. acético Ac. butírico Ac. caproico Ac. valérico Ac. esteárico FUENTE
Hormiga Vinagre Mantequilla rancia Caper o cabra Valerum, fuerte Cebo ?
? El ácido benzoico es el ácido aromático más sencillo tiene un grupo carboxilico unido a un anillo bencénico.
COOH Acido Benzoico
Observaciones El ácido fórmico: HCOOH; es uno de sus componentes altamente irritantes del fluido inyectado en la picadura de una hormiga o abeja. El ácido acético CH3COOH: es el ácido carboxílico comercial más
importante. Uno de sus usos principales es como acidulante (sustancia que de las condiciones ácidas adecuadas para una reacción química). El ácido acético también se puede adquirir en una forma ? relativamente pura (cerca del 100%) denominada ácido acético glacial. Las sales de los ácidos carboxílicos reciben el nombre de SALES CARBOXILADAS. Los cuales en su nomenclatura común, terminan en “ATOS” y en su nomenclatura UIQPA terminan en “OATOS”.
Ejemplo: CH3COONa: Acetato de sodio/etanoato de sodio
Además: Las sales de sodio y calcio del ácido propionico se utilizan como compuestos preservativos de alimentos.
CH3CH2COONa (CH3CH2COO)2Ca Propionato de sodio Propionato de calcio
Estas sales se agregan a los quesos y productos horneados para inhibir el crecimiento de microorganismos, especialmente hongos. El benzoato de sodio inhibe en forma efectiva, el crecimiento de hongos en los productos relativamente ácidos, cuyos valores de pH están por debajo de 4,5. El benzoato de sodio es un ingrediente utilizado en las bebidas carbonatadas, mermeladas, melazas, drogas y cosméticos.
El sorbato de potasio (CH3CH=CHCH= CHCOOK) se encuentra en los productos alimenticios que tienen valores de pH por encima de 4,5. Estos incluyen carnes, frutales y jugos. 1.4 ESTERES – Las moléculas de éster contienen un grupo carbonilo unido a un grupo –OR, así: o ?? R – C – OR´ R y R´ son Derivado radicales
Donde
o ?? R – C – OR´
Derivado del alcohol del ácido – * Nomenclatura UIQPA Primero, se suprime la palabra ácido y se sustituye el sufijo ICO del nombre de ácido por “ATO”, a continuación se escribe la preposición “de” seguida del nombre del grupo alquilo o arilo del correspondiente alcohol.
Ejemplo: O COONa ?? CH3CH2CH2C-CH2CH3 Butanoato de etilo (UIQPA) O Butirato de etilo (nombre común)
Ejemplo: o
CH3CH2CH2-O-C
benzoato n-propilo
Ejemplo: ? Muchos de los ésteres tienen agradables olores a frutas, motivo por el cual son buenos ? agentes aromatizantes para los alimentos.
En la naturaleza existen muchos ésteres, tal como las CERAS, que son ésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena largas. CH3(CH2)14COO(CH2)15CH3 molécula de cera Las ceras se utilizan en la producción de cosméticos, abrillantadores y elementos médicos. 1.5 Eteres Son el grupo de los derivados hidrocarbonados las que contienen siguientes estructuras: R–O–R; Ar–O–Ar; R–O Ar Donde R = grupo alquilo arilo (grupo Ar=grupo aromático) Nomenclatura común ? Se indican los grupos, unidos 2 al oxígeno, precedidos por la palabra “eter“ eter dimetilico
éter Ejemplo: CH3-O-CH3
CH3-O-CH2CH3 metiletílico CH3CH3–O-CH2CH3 éter dietilico (conocido simplemente como éter) Observaciones ? El éter dietílico fue uno de los primeros anestésicos generales, su uso irrita las vías respiratorias y produce náuseas; además es ? altamente inflamable y explosivo. Entre las moléculas de éter existen fuerzas dipolo-dipolo. O-CCH2CH3 Propoanoato de fenilo (UIQPA)
Observaciones o O éter difenílico O CH3 éter metilfenílico (Anisol)
II. 2.1 FUNCIONES NITROGENADAS AMINAS Son derivados orgánicos del amoniaco (NH3) Clases: ? Amina Primaria (1º). Un grupo “R” o “Ar” reemplaza uno de los átomos de Hidrógeno de una molécula de amoniaco (R-NH2) ? Amina Secundaria (2º) Se obtienen al reemplazar dos átomos de hidrógeno del NH3 por grupos “R” o “Ar” (R2-NH) ? Amina Terciaria (3º). Se obtienen al reemplazar los 3 átomos de hidrógeno del NH3 por grupos “R” o “Ar” (R3-N)
Nomenclatura de las aminas – Nomenclatura común Se escribe el nombre de los grupos alquilo o arilo que está unido al átomo de Nitrógeno y se agrega la terminación Amina. Si hay dos o tres grupos diferentes de átomo de Nitrógeno, se escriben sus nombres en forma alfabética, seguido por la palabra amina. I. AMINAS el “Radical – Se denomina Amina” N H H ? NH3 H Amoniaco CH3 1º N H H Metil Amina (Primaria) CH3 2º N CH3 H Dimetil Amina (Secundaria) 3º N CH3 CH3 CH3 Trimetil Amina (Terciaria) 1. 2. Cl ? Cloro Amina 3. Metil Etil Amina NH2
CH3 ? N – C2H5 ? H II. IMINAS Se nombran “Alcano-Imina” Ejemplo: 2H x NH CH4 CH2NH Metano y Imina 2H x NH CH3-CH2-CH3 CH3-CH2-CH.NH Propano Imina N -H
H FenilAmina
(Anilina)
III. AMIDAS Se nombra “Alcano Amida” G. Funcional: R – CO . NH2 Ejemplos:
OH x NH2 1. CH3 – COOH CH3-CO.NH2 Ac. Etanoico Etano Amida 2. CH3-CH2-CH2-CO.NH2 Butano Amida 3. NH2-CO-NH2 Metano Diamida (Urea) IV. NITRILOS Se nombra “Alcano-Nitrilo” Se sustituye “3H” x 1”N” trivalente. G. Funcional.
R – C ? N Se nombra: Alcano – Vocablo: Nitrilo
Ejemplos: 1. CH4 ? H-C?N Metano Nitrilo (Ac. Cianhídrico) 2. CH3-CH3 ? CH3-C?N Etano Nitrilo PROBLEMAS PROPUESTOS 1. Marque la relación incorrecta f) g) h) i) j) Alcohol: R – OH Aldehído: R – CHO Eter: R – O – R´ Cetona: R – CO – R´ Acido Carboxílico: R – COOR´ hidrocarburos es 2. ¿Qué saturado? f) g) h) i) j) Eteno Acetileno Propano Butanona Propino 3. El olor de las naranjas se debe al Acetato de Octilo ¿Cuál es su fórmula? f) g) h) i) j) CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 . . . . . CO . C8H17 COO . C8H15 CO . C8H15 COO . C8H17 COO . C8H17 4. ¿Cuál de las fórmulas es una cetona? f) CH3CH2COOCH3 g) h) i) j) CH3CH2COCH3 CH3CH=CH.CH3 CH3-O-CH3 CH3CH2O
1. CONTAMINACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE Se produce por la presencia de una sustancia capaz de provocar el desequilibrio natural de un sistema (agua, aire, suelo, etc.) produciendo efectos perjudiciales o impurificando parcial o totalmente. Una sustancia contaminante puede afectar también a varios sistemas simultáneamente. 2. AGENTES CONTAMINANTES Son todas aquellas sustancias que afectan en forma directa a animales, las personas, plantas. LA 3. CLASIFICACIÓN DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL CONTAMINACIÓN NATURAL – Erupciones volcánicas – Aludes – – – – – – Huaycos Terremotos Sequías Inundaciones Incendios Radiación cósmica CONTAMINACIÓN ARTIFICIAL Fuentes Fijas – – Industria minera Industria metalúrgica – – – – Industria química Industria del Petróleo Incineradores Desechos – Basuras – negras Aguas “Contaminación Biológica” Fuentes Móviles – Vehículos motorizados – Trenes diesel – Barcos – Aviones Otras fuentes – Radiactividad, pruebas – – atómicas Ruido Campos electromagnéticos CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Se define como la presencia en el aire de sustancias extrañas, sean estas gaseosas, sólidas ambas, o en una combinación de cantidad y durante un tiempo de permanencia tal que puedan producir efectos nocivos para la salud humana, y deterioro de los bienes de uso y el paisaje. Composición del Aire Atmosférico El aire está formado por gases cuya mezcla, se distribuye de forma siguiente: en Componente Volúmen Nitrógeno Porcentaje
78.09
Oxígeno Argón 20.94 0.93 Dióxido de Carbono Neón 0.033 0.0018 Gases Varios 0.0052 TOTAL 100 Cualquier sustancia diferente a las indicadas en la tabla, significa de por si contaminación, la que puede producirse a través de 3 clases de sistemas: a) GASES: Los gases contaminantes más comunes en la atmósfera son: SO2, CO2, NO, O3 hidrocarburos y otros más específicos de condiciones especiales como los mecaptenos, plomos, etc. b) PARTÍCULAS Son los contaminantes no gaseosos que inclusive pueden tomar la forma de gotas no quemados. c) AEROSOLES Son producto de la contaminación de contaminantes sólidos y líquidos. Se presentan bajo la forma de suspensiones coloidales de un tamaño y peso tales que pueden mantenerse en suspensión cierto tiempo durante (partículas) ? La dispersión ocurre cuando la luz solar atraviesa las capas bajas y densa de la atmósfera, alcanzando parte de ella la superficie de la tierra. ? La porción reflejada por la tierra lo hacen en forma de radiación infrarroja (IR) y el CO2, H2O y otras moléculas que se encuentran en la atmósfera fuertemente esta absorben radiación. El incremento y acumulación de estas sustancias en la atmósfera hace que una cantidad creciente de energía IR sea retenida por la atmósfera terrestre. Esto incrementa la temperatura de la tierra y se le conoce como; efecto invernadero. PRINCIPALES CONTAMINANTES a) Dióxido de Azufre (SO2) Es un contaminante del aire que proviene de los procesos actuales de combustión. La mayoría de los combustibles conocidos, excepto la madera, contiene alguna proporción de azufre en distintos estados. Los combustibles derivados del petróleo contienen cantidades
proporcionales de SO2, pero es evidente que la contaminación general en una ciudad de alta población se debe a la densidad automotor. del Los tráfico principales emisores de SO2 son: –
– – – Calefacciones domésticas Quemadores industriales Centrales térmicas Industrias petroquímicas – Industria de ácido sulfúrico – de los Erupción volcanes b. Monóxido de carbono (CO). Es producido por los procesos de combustión de vehículos automotores. Es muy tóxico para las personas por sus efectos directos sobre los sistemas circulatorios y respiratorio, inhibición y pues fijación del la CO en la sangre reduce su capacidad normal para transportar produciéndose un ambiente el O2 necesario, transtornos. En poco aireado, pequeñas el aire cantidades de son suficientes CO en para provocar la muerte. El CO reacciona con el oxígeno del aire formado CO2. c. Dióxido de Carbono (CO2) Como contaminante se produce por la combustión de derivados del petróleo, llegando a ser muy abundante en ciudades de alta densidad poblacional. Tiene su origen en la respiración de los animales y de las plantas de fermentación de sustancias orgánicas. Es un gas más denso que la del aire, no es combustible, ni venenoso. d. Oxido de Nitrógeno (NO2) Los más característicos son: el dióxido de Nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2). Estos 2 óxidos provienen de los procesos de combustión cuando alcanzan temperaturas muy elevadas.
Los fondos emisores del NO y NO2 son los escapes de los vehículos automotores, procesos de combustión en la industria industrias del acero, petroquímicas, centrales termoeléctricas, etc. El NO es un gas incoloro, de olor y sabor desconocido y en contacto con el aire reacciona con el oxígeno y forma NO2.
e) Ozono (O3) Es un agente de origen fotoquímico, producido por la acción de la luz al incidir sobre capas de la baja atmósfera terrestre. El O3 es considerado como un contaminante que puede ser muy peligrosos en concentraciones superiores a 0.1 ppm durante 1 hora, produciéndose una calcificación acelerada de los huesos del cuerpo humano, afectando asimismo la visión, sistema respiratorio y circulatorio. Es un gas incoloro, en gruesas capas es azul y de color penetrante fosforado. El O3 es un agente oxidante y al descomponerse forma óxido atómico. O3 ? O2 + O Corroe y destruye las materias orgánicas y es venenoso. f. Hidrocarburos Son un conjunto de familias que contienen C e H. Entre estos los hidrocarburos no saturados, son los más peligrosos por su facilidad de radiación el smog reaccionar con la solar, originando fotoquímico. Los hidrocarburos son contaminantes importantes debido primordialmente a los escapes de los automóviles, también en la forma de disolventes de una gran cantidad de procesos industriales. g. Clorofluocarbonos (Freones) Son contaminantes que disminuyen la capa rica en ozono en la parte superior de la atmósfera terrestre (estratósfera) permitiendo radiación ultravioleta adicional a partir del sol. Actualmente existe un “hueco” en la capa de ozono a la altura del Artico y el Antártico y el exceso de radiación ultravioleta puede tener una variedad de efectos dañinos sobre las personas, debido a que no están protegidas del sol, pudiendo tener cáncer a la piel o el envejecimiento prematuro. CONTAMINACIÓN POR GASES TABLA GAS EMISIONES DEL HOMBRE/TOTAL TIEMPO DE PERMANENCIA ANUAL (MILLON ES DE TN) Monóxido de 700/2.000 EN LA ATMÓSFERA Varios meses Carbono (CO) Dióxido de 5.500/?5.500 Carbono (CO2) Gases NO 20 a 30 100 años
Varios días Oxidontroso (N2O) 30 a 50 6/25 285
Dióxido de 100 a 130/ azufre (SO3) 150 a 200 De varios días a semanas Metano (CH4)
CONCENTRACIÓN HACE 100 AÑOS (PARTES POR MIL MILLONES)
40 a 80 300 a 400/500
CONCENTRACIÓ N EL AÑO 1990 (PARTES POR MIL MILLONES) 100 a 200 10 años
CONCENTRACIÓN EN EL AÑO 2000 (PARTES POR MIL MILLONES)
Probablemente 290.00 Hemis N 40 a 80 Hemis S 350.000 a Aumentado
400.000 550.000 0.001 285 0.03 900 0.001 a 50 310 0.03 a 50 1.700 0.01 a 50 330 a 350 0.03 a 50 2200 a 2.500 5. CONTAMINACIÓN POR METALES Por diversas vías el ser humano termina absorbiendo los elementos metálicos que vierte en el medio ambiente. a) Contaminación por Mercurio (Hg) Son producidos por la industria minera, del acero, pintura para barcos, fotográfica, pila, fungicidas, curtidos de pieles, etc. Una vez liberado en el medio ambiente, el mercurio (Hg) se ioniza y se transforma en una serie de compuestos que pueden entrar en los organismos tanto por inhalación como por vía digestiva o a través de la piel. En los ecosistemas acuáticos se forma un compuesto orgánico peligroso el metil-mercurio causante de que es muchas intoxicaciones.
b) Contaminación por Plomo (Pb) Son producidos por la industria cerámica, reactivos, armamentos, insecticidas, pigmentos, rayos protección x contra aditivos antidetonantes gasolina, etc. También a para
las la
cadenas alimenticias. Entra en el organismo humano junto con los alimentos o por vías respiratorias, acumulándose en el hígado, riñones y huesos. Produce aberraciones cromosomática y otras alteraciones especialmente en el espermatozoide. c) Contaminación por Cadmio (Cd) Son producidos por la industria de galvanizados, aleaciones, baterias, joyería, electroplateado, reactores nucleares, PUC refinación de cinc, etc. El cadmio es considerado uno de los metales mas tóxicos, porque se acumula en los seres vivos de manera permanente. En el suelo, el cadmio tiende a disolverse. Las plantas lo
asimilan con facilidad. Las personas lo absorben a través de los alimentos lo que provoca vómitos y trastornos gastrointestinales, o por inhalación acumulándose en los alvéolos pulmonares. La intoxicación crónica produce afecciones en riñones y huesos. d) Contaminantes por Arsénico (As) Son producidos en las fundiciones semiconductores, etc. en de la naturaleza se encuentra en estado libre como combinado. La intoxicación puede producirse por ingestión de aguas contaminadas y de alimentos. Una vez absorbido, el arsénico se distribuye por las distintas partes del cuerpo y se acumula en el hígado, los riñones, pulmones, dientes, pelo, uñas. Sus efectos pueden ser cancerígenos en piel y pulmones y metágenos, provocando esterilidad, muerte de feto y anomalías congénitas.
6. CONTAMINACIÓN DEL AGUA (MAR) Al contaminar los mares el hombre, amenaza el equilibrio climático de la tierra, principal función delas aguas oceánicas. El océano regula la presencia de oxígeno y del dióxido de carbono en la atmósfera, el motor de esta bomba biológica es el fitoplancton, que fija el carbono en la atmósfera. El principal peligro que se cierne sobre los océanos es la muerte del fitoplancton, uno de los organismos más sensibles a la contaminación. Forma de contaminación marina a) Proceso de lavado de los Tanques de los Grandes Petroleros El 32% de los vertidos de petróleo al mar corresponde a tales procesos de lavados. b) Playas Contaminantes Por microorganismos patógenos, como consecuencia de desechos, desperdicios, que viene de la ciudad al mar. c) Accidente Marítimos A pesar de la espectacularidad de los accidentes de los grandes petroleros, el petróleo que se vierte en el mar por esta causa solo representa el 13% del total de esta clase de vertidos. d) Mediante la Atmósfera. La atmósfera alivia su carga contaminante disolviendo en las aguas oceánicas las sustancias que transporta. El 90% de los contaminantes marinos procede de esta fuente.
e) Disminución de Fitoplancton Es el mayor peligro de la contaminación marina y quizás el menos conocido, ya que el fitoplancton es la base de todas las redes tróficas marinas y controlador del CO2 atmosférico. 6) El Efecto Invernadero A pesar de que el dióxido de carbono constituye solo una mínima parte de la atmósfera terrestre, con una concentración de 0.03% en volumen juega un papel crítico en el control de nuestro clima. La influencia del dióxido de carbono sobre la temperatura de la tierra se denomina: Efecto Invernadero. El techo de vidrio de un invernadero transmite la luz visible y absorbe algo de la radiación infrarroja emitidas atrapando así el calor. El dióxido de carbono actúa en cierto modo como un techo de vidrio, excepción hecha de que la elevación de temperatura de invernadero se debe principalmente a la circulación limitada del aire en el interior. El dióxido de carbono es el culpable principal del calentamiento de la atmósfera terrestre no obstante otros gases como el metano (del gas natural, del tratamiento de desechos y de la ingestión del ganado), los clorofloruro carbonos y los óxidos de nitrógeno (de las emisiones de los autos). También contribuyen al calentamiento de la tierra. A pesar de que una elevación de temperatura de 3 a 5ºC puede parecer insignificante, en realidad es lo suficientemente grande para afectar el delicado balance término de la tierra y podría provocar que se derritieran los glaciales y las capas de hielo. Esto a su vez, elevaría el nivel del mar, con la consiguiente inundación de áreas costeras. Las mediciones ordinarias muestran que la temperatura de la tierra en verdad se está elevando y se necesita mucho trabajo para entender como afectará el efecto invernadero, el clima terrestre. Esta claro que el efecto invernadero al igual
que la lluvia ácida y el deterioro de la capa de ozono de la estratosfera, son los aspectos presionantes ambientales que tiene mas que encarar el mundo de hoy. PROBLEMAS PROPUESTOS 1. IV) Marque la secuencia correcta respecto a las emisiones de los motores de combustión. Son gases contaminantes como: SO2, CO2, NO2, CO V)
VI) Algunos contienen vapores de plomo. Causan solo contaminación líquida. c) FVV a) VFF d) FFV b) FVF e) VVF 2. Marque la secuencia correcta: VI) El CO2 no es venenoso y el CO si, aún así son contaminantes VII) El SO2 genera lluvia ácida VIII)Los CFC contiene halógenos. IX)
X) El O3 se descompone con al luz IR La gasolina ecológica es de color verde de ahí su nombre. a) VVVVV b) FVFVF c) VVVFVF d) FFVVF e) VVVFF 3. El contaminante atmosférico a partir del cual puede obtener un carbohídrato, es: NO2 a) CO c) SO2 d) CO2 b)
e) NO 4. El contaminante que no causa efecto tóxico en el hombre es: a) SO2 c) O3 d) Freón b) CO
e) NO 5. ¿Cuál de los gases no es venenoso ni tóxico? a) Cl2 c) NH3 d) N2 b) O3
e) CO 6. La alternativa que corresponde a la fuente emisora y el contaminante es: f) Centrales térmicas: CH4 g) Erupción de volcanes: 7. NO2 h) Abonos Inorgánicos: SO2 i) Proceso metalúrgico: NH3 j) Tostación de minerales: SO2
Establecer la correspondencia:
e) Freones () Efecto invernadero f) Ozono () Alteración en la estructura de la hemoglobina g) CO2 () Destruye la capa de ozono h) CO () Oxidante fuerte en la baja atmósfera. 8. La contaminación de ______ son perjudiciales para el hombre, animales y plantas.
9. f) Atmósfera, mar, bosque g) Suelo, agua, atmósfera h) Río, lagos, ciudad i) Campo, ciudad, atmósfera j) Desierto, bosque, ciudad
La contaminación de ______ son perjudiciales para el hombre, animales y plantas.
f) Atmósfera, mar, bosque g) Suelo, agua, atmósfera h) Río, lagos, ciudad i) Campo, ciudad, atmósfera j) Desierto, bosque, ciudad
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