Clase N°4 QuímicaII

HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos son sustancias compuestas solo por carbono e hidrógeno. El carbono tiene la capacidad de unirse a otros carbonos por medio de enlaces covalentes formando cadenas.

Según su estructura se clasifican en aromáticos y alifáticos. Se clasifican en alcanos, alquenos o alquinos, según presenten uniones o enlaces simples, dobles o triples entre carbonos, respectivamente.

ALCANOS

Presentan enlaces simples entre carbonos. Reciben también el nombre de hidrocarburos saturados. Su fórmula general es:

•CnH2n+2

•Se nombran con la terminación ano y el prefijo que indica cantidad de átomos de carbono:

Met : 1  metano              Et: 2 etano

Prop: 3 propano              But: 4 butano

Pent: 5 pentano               Hex: 6 hexano

Propiedades físicas de los alcanos

•Punto de ebullición: bajo condiciones normales, los alcanos desde el CH4 hasta el C4H10son gases; desde el C5H12 hasta C17H36 son líquidos; y los posteriores a C18H38 son sólidos. El punto de ebullición está determinado principalmente por el peso. Se incrementa entre 20 y 30 °C por cada átomo de carbono agregado a la cadena.

•Todos son de menor densidad que el agua.

•Son insolubles en el agua pero solubles en solventes orgánicos.

Usos de los alcanos 

•Los cuatro primeros alcanos son usados principalmente para propósitos de calefacción y cocina.

El metano y el etano son los principales componentes del gas natural

•El  propano y el butano pueden ser líquidos a presiones moderadamente bajas y son conocidos

como gases licuados. 

•Desde el  pentano hasta el octano  los alcanos son líquidos razonablemente volátiles. Se usan

como combustibles en motores de combustión interna.

•Los hidrocarburos de 9 a 16 átomos de carbono son líquidos de alta viscosidad y forman parte

del diesel y combustible de aviones.

Grupos alquilo mas comunes 

La siguiente tabla contiene algunos de los grupos alquilo mas comunes.

Reglas de la nomenclatura IUPAC

1. Se escoge como cadena principal, la secuencia más larga de átomos de Carbono

de la molécula. El nombre de la correspondiente  cadena es la raíz del nombre del

compuesto. La terminación para los alcanos es ANO, para los alquenos es ENO y

para los alquinos es INO. 

Ejemplo:

2. Se numeran los átomos de Carbono consecutivos de la cadena principal, comenzando por el

extremo que permite asignar a los átomos de Carbono con sustituyentes, los números mas bajos

  posibles.

Ejemplo: 

correcto 

incorrecto 

3. Se nombra cada grupo alquilo como sustituyente de la cadena principal, precedido de un numero que indica el Carbono al cual está unido. Si sobre el mismo Carbono existen 2 o mas grupos, se repite el número. Se usan guiones para separar los números del resto del nombre. Si un mismo sustituyente aparece en la cadena mas de una vez, los números de las posiciones se separan por comas y se usan los prefijos di, tri  para indicar el numero de veces que se repite.

Ejemplo:

2,2,4 – trimetil pentano 

                                   2,2,4 tri metil hexano 

Clase N° 3 Química II

EL CARBONO

  El Carbono es un elemento de  símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante respectivamente.
La propiedad mas característica del Carbono es la poder compartir electrones con otros átomos de Carbono para formar cadenas largas 

HISTORIA 

El Carbono (fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antigüedad en la que se manufacturaba mediante la combustión incompleta de materiales orgánicos. 

Los últimos alótropos conocidos, los fullerenos (C60), fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con gases moleculares en la década de los 80’s.

PROPIEDADES DEL CARBONO

Como habíamos mencionado, podemos encontrar el Carbono en dos formas alotrópicas :  diamante y grafito que son sólidos con puntos de fusión altos y son insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. 

¿Qué es alotrópico?

Alótropo: es una de dos o mas formas diferentes de un elemento.

Las dos formas alotrópicas del Carbono diamante y  grafito son diferentes en sus propiedades químicas y en su precio.

PROPIEDADES DEL CARBONO 

Las propiedades físicas de las dos formas difieren debido a  las diferencias en la estructura cristalina. 

Tabla comparativa de propiedades de las  2 formas del Carbono.

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS 

A continuación se presenta una clasificación resumida de los compuestos orgánicos:

			saturados
	De cadena abierta
	o alifáticos		insaturados
COMPUESTOS
ORGANICOS
			Carbocíclicos
	De cadena cerrada
	o aromáticos		Heterocíclicos

Los compuestos orgánicos se pueden clasificar en 2 grandes grupos :

1.De cadena abierta o alifáticos: que pueden ser cadenas lineales o ramificadas

2.De cadena cerrada o aromáticos : El esqueleto de estos compuestos forma un anillo , que a su vez se dividen en :

2.1 Carbocíclicos: Todos los átomos que forman el anillo son de Carbono  

2.2 Heterocíclicos: Los anillos contienen uno o mas átomos distintos del Carbono   

Algunos conceptos necesarios en  química orgánica

Formula empírica: indica cuales elementos están presentes y la relación mínima, en números enteros, entre sus átomos, pero no indica necesariamente el número real de átomos  en una molécula determinada.

“Empírica” significa que se deriva de un experimento.

Ejemplo: El comp. Hidrazina N2H4, la formula empírica de la Hidrazina es NH2  la relación entre el N y el H es    1: 2 pero solo la formula molecular indica el numero real de átomos

Formula molecular: Indica la cantidad exacta de átomos de cada elemento que está presentes en una molécula.

Ejemplo: La formula molecular de la glucosa es C6 H12 O6

Formula estructural: Expresa las posiciones relativas y las valencias correctas de todos los átomos de la molécula. 

Ejemplo: Formula estructural del Propano

Valencia: Se refiere al numero de enlaces formados . Uno de los hechos fundamentales en química orgánica es la tetracovalencia del átomo de Carbono es decir que puede formar 4 enlaces 

GRUPO FUNCIONAL

Es uno de los conceptos mas importantes en la química del Carbono. Los grupos funcionales son átomos cuya presencia en una molécula, determina las propiedades características de la función.

Fórmula general:    R-F

Donde: R= grupo alquilo y

F= es el grupo funcional

Clase N°2 Química II

Soluciones

Las soluciones son sistemas homogéneos formados básicamente por dos componentes: Solvente y Soluto. El soluto se encuentra en menor proporción. La masa total de la solución es la suma de la masa de soluto mas la masa de solvente.

Pregunta: ¿Una solución solamente puede ser líquida?

Respuesta/ NO. También puede ser gaseosa como el aire (78%N2 , 21%O2,  gases inertes como Ar y Ne)

Sólida como una aleación (Bronce aleación entre Cobre - Cu y Estaño - Sn)

o líquida como el agua de mar

Pero solo analizaremos las

soluciones acuosas o líquidas 

Términos importantes en soluciones 

•Solubilidad : Es la cantidad máxima de soluto que puede mantenerse disuelto en una solución,  y depende de condiciones como la temperatura, presión  y otras sustancias disueltas o en suspensión.

•Solución insaturada: Es la solución que tiene una menor cantidad de soluto que el máximo que pudiera contener a una temperatura y presión determinadas

•Solución saturada :Es la que tiene la máxima cantidad de soluto que puede contener a una temperatura y presión determinadas. Una vez que la disolución está saturada ésta no disuelve más soluto. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.

Ejemplo: solución de sal en agua 

•Solución sobre saturada: Es la que contiene un exceso de soluto a una temperatura y presión determinadas (tiene más soluto que el máximo permitido en una disolución saturada).

Cuando se calienta una disolución saturada, se le puede disolver una mayor cantidad de soluto. La solución sobresaturada es inestable, y con cualquier perturbación, inmediatamente se precipitará, quedando entonces como una disolución saturada.

Métodos para determinar la concentración de soluciones 

Hay varios métodos para expresar la concentración de las soluciones, vamos a estudiar 3:

ü% Porcentaje

üMolaridad (M) 

üppm (partes por millón) 

Porcentaje en masa o en peso :

(%m/m) (%w/w en inglés)

:Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 gramos de solución.

Como formula, podemos expresar esta relación así:

%masa=  masa de soluto (g)   x 100

                 masa de solución(g) 

Ejemplo :Calcula el % en peso  de una solución que tiene 10 grs. de soluto y 110 grs. de solvente.

•En este caso la masa de la solución es de 120 g 10 g de soluto+ 110 g de solvente.

•% en peso =  10 g    x 100

                           120 g

• % en peso = 8.33%

Porcentaje volumen-volumen (% V/V)

Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución.

%volumen=  volumen soluto (ml)   x 100

                       volumen solución(ml) 

Ejemplo: La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así:

*un vino de 12 grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.

*Las cervezas tienen entre 3 y 12% de grado alcohólico o % (v/v) 

Molaridad (M)

 se define como el número de moles de soluto en un litro de solución.

M =   moles de soluto(n)   

          Litros de solución (l)

Ejemplo 1: una solución 5 M de NaOH contiene 5 moles de NaOH en 1 litro de solución. 

Ejemplo 2: calcular la Molaridad de la solución   si tengo 200 g de NaOH en 1 litro de solución

Primero: Calculo el numero de moles( n)

n= gramos del compuesto  =    200 g    = 5 moles

      PM del compuesto             40 g/mol

Segundo:  aplico la formula de Molaridad

M= 5 moles = 5 M

       1 litros 

Partes por millón (ppm) 

Número de miligramos de soluto  por litro de solución

Ppm =   mg de soluto 

             litro de solución

Ejemplo: una solución de 10 ppm de NaCl  significa que tenemos 10 mg de NaCl en 1 litro de solución 

Clase N°1 Quimica II

                                REPASO DE CONCEPTOS PREVIOS

EQUILIBRIO DE REACCIONES

Una reacción es un proceso en el cual una sustancia (o varias ) cambia(n) para formar una o mas sustancias nuevas.

Ejemplo.   H₂ + O₂  ---------     H₂O

A esta reacción le falta algo… ¿Qué es?

*Pista : Ley de la conservación de la masa

Es necesario balancear la reacción, en este caso se coloca el coeficiente apropiado en ambos lados:

                      2H₂ + O₂   ---------  2 H₂O

                     Reactivos                Productos

En las ecuaciones o reacciones químicas, también se coloca el estado físico de los reactivos y los productos mediante las letras g,l,s

Otros ejemplos:

2 CO(g)  + O2 (g)-----------      2CO2 (g)

2HgO (s)     --------------          2Hg (l) + O2 (g) 

BALANCEO DE REACCIONES 

1. Se prueban diferentes coeficientes para lograr que el numero de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación.

Ojo: solo se pueden cambiar los coeficientes (números a la izquierda de las formulas) pero No los subíndices (los números que forman parte de las formulas)

2. Primero se buscan los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación y con igual numero de átomos : las fórmulas que contienen estos elementos deben tener el mismo coeficiente.

A continuación se buscan los elementos que aparecen solo una vez en cada lado de la ecuación pero con diferente número de átomos, se balancean estos elementos.

3. Por último, se balancean los elementos que aparecen en dos o más fórmulas del mismo lado de la ecuación. 

Hagamos algunos ejemplos en el tablero:

1. KClO3  -----------    KCl + O2

Solución/  2 KClO3  ------ 2 KCl + 3O2 

Como se observa: entran 2 moles de K y salen 2 moles de K 

entran 2 moles de Cl y salen 2 moles de Cl

entran 6 moles de O y salen 6 moles de O

2. C2H6 + O2   ---------    CO2 + H2O

Solución/  2C2H6 +  7O2   ---------  4  CO2 +  6H2O

3. NH4 NO3 -----------      N2O+ H2O

Solución /   NH4 NO3 -----------      N2O+ 2 H2O

4. NaHCO3   -----------     Na2CO3+ H2O+CO2

Solución /  2 NaHCO3   -----------     Na2CO3 +  H2O + CO2

5.  Al+ H2SO4 ---------      Al2 (so4)3 +  H2

Solución /  2 Al+    3H2SO4 ---------      Al2 (so4)3 + 3 H2

ESTEQUIOMETRIA 

Es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química

OJO: independientemente de que las unidades utilizadas para reactivos o productos sean moles, gramos o litros ( en gases) se utilizan moles para calcular la cantidad de producto formado en una reacción. 

Este método se llama el método del MOL  que significa que los coeficientes estequiometricos en una ecuación química se pueden interpretar como el numero de moles de cada sustancia.

Pasos del método del mol 

1.Balancear la ecuación o reacción

2.Convertir las cantidades de algunas sustancias (gral/ los reactivos ) en moles

3.Utilizar los coeficientes de la reacción balanceada para calcular el numero de moles de las cantidades buscadas o desconocidas en el problema (gral/ los productos)

4.Usando las cantidades halladas en 3, convertir a gramos o a las unidades requeridas

5.Verificar que la respuesta sea razonable