CAPÍTULO 4 / REVISIÓN

LA ENERGÍA | ¿qué aprendimos?

¿Qué es la energía?

Los movimientos y las transformaciones que presenciamos en nuestro día a día se originan gracias a la energía. Ésta no es más que la capacidad de producir cambios o la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Hay muchos tipos de energía diferentes en el universo. Toma muchas formas.

El Sol provee energía a través de radiaciones electromagnéticas que son aprovechadas por el hombre.

Transformación y conservación de la energía

Con la transformación de la materia también hay transformaciones de una energía a otra. Además, la energía puede conservarse, es decir, mantenerse constante, traspasarse en forma de calor o trabajo, y también degradarse, es decir, puede perder su calidad en el proceso de transformación.

La ley de la conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Formas de energía

La energía se entiende como la capacidad que posee un cuerpo de realizar distintos tipos de trabajo, como el movimiento, el calor o la luz. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras, como energía mecánica, energía química, energía térmica, energía radiante, energía eléctrica, energía magnética y energía nuclear.

En el proceso de fotosíntesis, la energía de la luz solar es convertida en energía química, la cual se almacena en los enlaces de carbohidratos.

Energía mecánica

El movimiento y los cambios de posición en los objetos se deben a la energía mecánica. Ésta resulta de la suma de dos formas de energía: la energía cinética, que es la energía que tienen los cuerpos en movimiento; y la energía potencial, que está relacionada con la posición del cuerpo. La energía potencial puede ser gravitatoria o elástica.

Cuando el vagón de una montaña rusa llega a la parte más elevada aumenta su energía potencial, mientras que al bajar y aumentar su velocidad incrementa su energía cinética.

Fuentes de energía

Las fuentes de energía son aquellos recursos naturales o cuerpos que almacenan energía que puede transformarse en energía utilizable. Pueden ser renovables o no renovables. Las fuentes de energía renovables son las más abundantes en la naturaleza y son inagotables, por ejemplo: la energía hidráulica, la energía solar y la energía geotérmica. En cambio, las fuentes no renovables son las más utilizadas a pesar de ser limitadas, por ejemplo los combustibles fósiles.

La energía nuclear es una fuente de energía no renovable. Un ejemplo de ella es la bomba atómica.

Fenómenos ondulatorios

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio. Las ondas pueden comportarse de distintas maneras según el medio en el que se encuentren y se caracterizan por transportar energía, más no materia. Las ondas pueden ser transversales o longitudinales según la dirección en la que se propagan; también se pueden clasificar como mecánicas o electromagnéticas según el medio de propagación.

La luz y el sonido son ejemplos de ondas.

El calor y la temperatura

Aunque en nuestro vocabulario estos términos se usen sin distinción, el calor y la temperatura no son lo mismo. El calor es una forma de energía que se transfiere de un material más caliente a otro menos caliente, mientras que la temperatura es la medida de la cantidad de movimiento de las moléculas de un sistema; es decir, es una medida de la energía térmica.

La temperatura es una magnitud que puede medirse con un termómetro.

CAPÍTULO 4 / TEMA 1

¿Qué es la energía?

Todos los objetos a nuestro alrededor tienen la capacidad de producir cambios. Por ello, convivimos con movimientos y transformaciones constantes, algunos más perceptibles que otros, pero que tienen su origen en un único concepto: la energía.

ENERGÍA: CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO

Ley de conservación de la energía

La energía no puede ser creada ni destruida, sino que puede ser transformada, por lo que la cantidad total de energía es siempre la misma. Por ejemplo, la energía lumínica del Sol se transforma en energía eléctrica mediante el uso de paneles solares.

La energía es la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Si bien no se tiene una definición concreta de energía, los físicos han logrado determinar una ley universal: si la energía de un cuerpo aumenta en determinada cantidad, la de otro disminuye de manera proporcional.

La energía que la humanidad necesita en un año es irradiada por el Sol en 15 minutos.
¿Sabías qué?
El término “energía” proviene del griego enérgeia, que significa “actividad”. Pero esta idea no debe confundirse: no es necesario un movimiento abrupto para reconocer la presencia de energía ya que, en realidad, se encuentra en todos lados aunque no sea posible observarla.

TIPOS DE ENERGÍA

La energía es la capacidad de realizar cambios en los sistemas y los cuerpos. Hay diferentes tipos de energía en el universo y en muchas formas.

Energía primaria

La producción de energía primaria se relaciona con las formas de energía disponibles en la naturaleza antes de ser transformadas, como el petróleo, el gas natural, los combustibles sólidos, los combustibles renovables y la electricidad primaria.

 

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Energía mecánica

Es la energía almacenada en objetos y es la suma de otras dos fuentes de energía: cinética y potencial. Por ejemplo, justo en el punto más elevado de una montaña rusa, toda la energía del vagón es energía potencial y al comenzar a descender la energía potencial se transforma en energía cinética.

¿Qué es la energía hidráulica?

Es la energía producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural. Se aplica en la generación de energía eléctrica para ciudades, pueblos e industrias.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía que tiene un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro, y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética. Por ejemplo, si una pelota se levanta, adquiere energía potencial de la gravedad que se vuelve aparente al caer.

Tipos de energía potencial

 

 

Energía potencial elástica

Resulta de estirar y comprimir objetos elásticos, como las ligas.

 

Energía potencial gravitacional

Resulta del almacenamiento de energía por la fuerza de gravedad, como un fruto que cuelga de un árbol.

 

 

Energía potencial química

Resulta de la transformación de energía química a través de una reacción química, como el cambio de energía eléctrica a química en una pila.

Energía cinética

Significa “movimiento”. Cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. La energía de los ríos y la del viento son formas de energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

Al lanzar una pelota se transfiere energía cinética para que pase del estado de reposo al estado en movimiento.
Ventajas de la energía cinética

– No genera residuos tóxicos.

– Los parques generadores de energía cinética pueden construirse en terrenos no aptos para otras actividades.

– Los parques generadores son de rápida instalación.

Energía térmica

Todos los materiales están compuestos por moléculas en constante movimiento. La energía térmica es producto del movimiento de esas moléculas, es decir, la energía cinética que poseen. Cuanto más se muevan y choquen entre sí, mayor será el calor que generen y, por lo tanto, aumentará su temperatura y su energía térmica.

¿El calor es igual a la temperatura?

No. El calor es una forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o distintas partes de un cuerpo, las cuales presentan distintas temperaturas. Por su parte, la temperatura es una magnitud que da cuenta de nociones como frío, caliente o tibio. La misma se mide a través de un termómetro.

 

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Energía química

Es aquella que es liberada durante las reacciones químicas. Podemos encontrar este tipo de energía siempre en la materia, pero sólo se manifiesta cuando ocurre un cambio en ella. Algunos ejemplos de energía química son la combustión y la energía nuclear.

Energía eléctrica

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Es la energía transferida de un sistema a otro mediante el uso de electricidad, que es el movimiento de partículas cargadas. En otras palabras, este tipo de energía es causada por el movimiento de los electrones a través de materiales conductores de la electricidad.

Puede generarse a partir de otras energías y a su vez puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

La mantarraya puede generar corrientes eléctricas de hasta 200 voltios.
¿Qué es una represa hidroeléctrica?

Es un sistema diseñado y construido para producir energía eléctrica mediante el aprovechamiento del caudal de los cursos de agua.

 

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Energía radiante

Es energía transportada por la radiación. Tanto la luz visible como la radiación infrarroja son formas de energía radiante, ambas son emitidas por el Sol.

La energía de los rayos solares puede recuperarse y convertirse en electricidad o calor.

La energía radiante está en constante movimiento y a velocidades altísimas, lo que forma ondas que poseen distintas longitudes y frecuencias. La mayoría de estas ondas pueden propagarse por el vacío, por eso los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden alcanzar la superficie de la Tierra.

¿Sabías qué?
La energía radiante es aplicada en radiografías, medicina nuclear, radios y algunos aparatos electrónicos.

Energía nuclear

Es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Se puede obtener a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones del núcleo atómico son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Las reacciones en el núcleo pueden ser de fusión o de fisión.
¿Sabías qué?
En estrellas como el Sol, la energía atómica se libera cuando los núcleos se combinan en un proceso conocido como fusión.
¿Qué es un reactor nuclear?

Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Se puede utilizar para la obtención de energía, para la producción de materiales fisionables como el plutonio, como armamento nuclear, o para la propulsión de buques o de satélites artificiales.

 

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Energía magnética

Es la capacidad de atraer o repeler que poseen algunos materiales sobre otros y que originan campos magnéticos permanentes que producen energía magnética. Existen diversos materiales con propiedades magnéticas, entre ellos podemos encontrar el níquel, el cobalto, el hierro y sus aleaciones. Sin embargo, la presencia de campos magnéticos influye, en mayor o menor medida, en todos los materiales.

UNIDADES DE MEDIDA DE ENERGÍA

Una de las propiedades de la energía es que puede ser medida. Para ello, según el Sistema Internacional, la unidad más utilizada es el “Joule” o “Julio”, y es simbolizada con la letra jota mayúscula (J). Esta unidad es nombrada así en honor al físico James Prescott Joule, quien fue uno de los científicos más importantes de su época. Estudió, entre otras cosas, el magnetismo y su relación con el trabajo mecánico, lo que lo condujo a la teoría de la energía. El Joule equivale a:

Donde

N = Newton

m = metros

kg = kilogramos

s = segundos

Otras equivalencias

Nombre Equivalencia en julios
Caloría (cal) 4,1855
Kilovatio hora (kWh) 3.600.000
Electronvoltio (eV) 1,6023 x 10-19
British Thermal Unit (BTU) 1.005,05585
Ergio (erg) 1 x10-7
Energía en los alimentos

Cada célula de nuestro cuerpo requiere energía para funcionar adecuadamente. Ésta es proporcionada por las calorías y por ello resulta importante conocer la cantidad que aportan los nutrientes que ingerimos y así evitar consecuencias negativas para nuestro organismo.

 

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RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Intercambio de calor”

Recurso audiovisual que le permitirá profundizar sobre el proceso de transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo a otro.

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Aplicaciones del magnetismo: la brújula, el campo electromagnético

Este video describe a detalle el funcionamiento magnético de una brújula.

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Química y Física

Todo aquello que tiene masa ocupa un volumen y posee cierta cantidad de energía se considera materia, palabra que deriva del latín y significa “sustancia de la que están hechas las cosas”. Ramas de la ciencia como la Física y la Química se encargan de estudiarla, y por lo tanto, dan explicación a fenómenos naturales y componentes del universo.

Química Física
¿Qué es? Rama de la ciencia. Rama de la ciencia.
¿Qué estudia? La materia: su composición, estructura y transformación. La materia: sus características en relación a la energía y el tiempo.
Enfoque Los cambios de la materia son estudiados a nivel estructural y molecular. Se ocupa de las interacciones entre sustancias y la energía, sus cambios (reacciones), síntesis y propiedades. Los cambios de la materia son estudiados en base a las propiedades comunes de materiales.

Se ocupa de los principios fundamentales de los fenómenos físicos y las fuerzas básicas de la naturaleza, así como de los principios básicos que explican la materia y energía.

Conceptos fundamentales Materia, elemento, átomo, molécula, ion, carga eléctrica, electrón, protón, neutrón, enlace, reacción, orbitales, solución y nomenclatura, entre otros. Materia, partícula, campo, onda, espacio-tiempo, posición, energía, momentum, masa, carga eléctrica y entropía, entre otros.
Etimología La palabra química tiene un origen controvertido. Proviene de la palabra alquimia y ésta deriva del árabe, aunque algunas hipótesis sugieren que deriva del griego. Uno de sus significados es “al arte de la metalurgia”. La palabra física proviene del latín y del antiguo griego y significa “natural, relativo a la naturaleza”.
Subdisciplinas
  • Química orgánica.
  • Química inorgánica.
  • Bioquímica.
  • Química analítica.
  • Química cuántica.
  • Química ambiental.
  • Química nuclear.
  • Física teórica.
  • Física experimental.
  • Física nuclear.
  • Física atómica.
  • Astrofísica.
  • Biofísica.
  • Física molecular.
Científicos destacados
  • John Dalton (1766-1844)
  • Dimitri Mendelejeff (1834-1907)
  • Amedeo Avogadro (1776-1856)
  • Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794)
  • Louis Pasteur (1822-1895)
  • Marie Curie (1867 – 1934)
  • Albert Einstein (1879 – 1955)
  • Isaac Newton (1643 – 1727)
  • Nikola Tesla (1856 – 1943)
  • Max Planck (1858 – 1947)
  • Galileo Galilei (1564 – 1642)
  • Stephen Hawking (1942 – 2018)
Algunos aportes de interés 
  • Elementos químicos.
  • Herramientas de datación.
  • Radiactividad.
  • Derivados de hidrocarburos.
  • Avances genéticos
  • Conservación de alimentos.
  • Ley de gravedad.
  • Leyes de movimiento.
  • Fuentes de energía.
  • Exploración espacial.
  • Entendimiento del mundo.
  • Rayos láser.

Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas

Se conoce como mezcla a la combinación de dos o más sustancias puras, siempre y cuando cada una de ellas mantenga sus propiedades químicas individuales. Se pueden clasificar de acuerdo a su uniformidad en mezclas homogéneas y  heterogéneas.

Mezclas homogéneas Mezclas heterogéneas
Definición Son aquellas en las que sus componentes no se pueden diferenciar a simple vista, es decir, son uniformes. Son aquellas en las que sus componentes se pueden diferenciar a simple vista, es decir, no están distribuidos de manera uniforme.
Número de fases 1 Al menos 2.
¿Sus componentes se pueden distinguir a simple vista? No. Sí.
Solubilidad Sus componentes son miscibles, es decir, son solubles entre ellos. Sus componentes son inmiscibles, es decir, no son solubles entre ellos. Por eso se forman al menos dos fases.
Métodos de separación Destilación simple, destilación fraccionada, cristalización y cromatografía. Tamizado, centrifugación, levigación, decantación, filtración e imantación.
Ejemplos Aire, mezcla de cemento, agua con azúcar o sal y tinta con agua, entre otros.

Agua y aceite, arena y oro; y arroz con granos, entre otros.

 

Alcanos, alquenos y alquinos

Los hidrocarburos son el grupo más diverso y amplio de los compuestos orgánicos y se clasifican en alifáticos o aromáticos. Dentro de los hidrocarburos alifáticos encontramos a los alcanos, los alquenos y los alquinos, todos compuestos que constituyen mayormente cadenas abiertas de carbono e hidrógeno.

Alcanos Alquenos Alquinos
Tipo de compuesto orgánico Hidrocarburo. Hidrocarburo. Hidrocarburo.
Tipo de hidrocarburo Alifático. Alifático. Alifático.
Otros nombres Parafinas. Oleofinas. Acetilenos.
Fórmula general CnH2n+2

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 1,2,3…

CnH2n

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 2,3…

CnH2n-2

 

Donde n es igual a la cantidad de carbonos.

n= 2,3…

Saturaciones Saturado. No saturado. No saturado.
Tipo de enlace característico Covalente simple. Covalente doble. Covalente triple.
Hibridación sp3

(en todos sus carbonos)

sp2

(en los carbonos del doble enlace)

sp

(en los carbonos del triple enlace)

Molécula más simple Metano

Eteno

Etino

 Estado físico Hasta C4H10 son gases.

 

De C5H12 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Hasta C4H8 son gases.

 

De C5H10 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Hasta C4H6 son gases.

 

De C5H8 en adelante son líquidos y sólidos.

 

*En condiciones estándar.

Punto de ebullición
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alcanos no ramificados.
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alquenos no ramificados.
  • Muy similar al de su alcano correspondiente.
  • Aumenta con el número de carbonos.
  • Es mayor en alquinos no ramificados.
  • Ligeramente más elevados que su alcano o alqueno correspondiente.
Solubilidad Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos. Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos. Insoluble en agua, pero solubles en solventes orgánicos.
Densidad Menor a 1 g/mL. Mayor a la de los alcanos. Mayor a la de sus correspondientes alcanos y alquenos.
Fuente Petróleo y gas natural.

 

Procesos de craking del petróleo natural. Deshidrogenación y deshalonación de derivados de alquenos.
Ejemplo Propano

 

Propeno

Propino

 

Jabones y detergentes

En la actualidad es necesario mantener una higiene adecuada para tener un estilo de vida saludable, por ello se emplean diversos jabones y detergentes. Éstos son usados para limpiar la ropa, la vajilla, la casa y la piel del cuerpo, y aunque ambos productos tienen un efecto limpiador no son lo mismo.

Jabones Detergentes
 ¿Qué son? Sales alcalinas de ácidos grasos, generalmente de 16 a 18 átomos de carbonos. Sulfonatos de cadena larga en forma de sales sódicas.
Componentes complementarios Agua, glicerina y aditivos, entro otros. Coadyuvantes, aditivos, enzimas y reforzadores, entre otros.
Uso en el tiempo Desde la antigüedad. Sustancias modernas, el primero se fabricó en 1907.
Usos
  • Limpieza del cuerpo humano.
  • Eliminación de suciedad y aceites.
  • Eliminación de manchas con mayor eficiencia que el jabón.
  • Como limpiador doméstico.
Fuente Grasas animales o vegetales. Derivados de petróleo.
Función en agua dura No funcionan en agua dura. Son efectivos en agua dura.
Residuos Pueden dejar residuos. No dejan residuos.
Biodegradabilidad Son biodegradables. No son biodegradables.
Costo Son económicos. Son costosos.
Estructura química

Estearato de sodio.

p-Dodecilbencenosulfonato sódico.

Obtención Reacciones de saponificación y neutralización. Proceso industrializado.
Característica principal Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los jabones son surfactantes aniónicos.

 

Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los detergentes pueden ser surfactantes aniónios, catiónicos o no iónicos.

Hidrocarburos ramificados

Los hidrocarburos son compuestos formados por carbono e hidrógeno, los mismos pueden tener una estructura lineal, ramificada o presentarse en forma de ciclos. Los hidrocarburos ramificados contienen sustituyentes.  Un sustituyente puede ser un átomo diferente al C o al H, un grupo funcional o un grupo alquilo.

La nomenclatura de los compuestos orgánicos se basa en las recomendaciones de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). Los cuatro alcanos, alquenos y alquinos más sencillos poseen nombres no sistemáticos, para nombrar los siguientes compuestos se hará uso de prefijos griegos.

                 Tabla 1.

En la siguiente tabla se puede ver la nomenclatura de algunos alcanos, se utilizó “prefijo + terminación ano” dado que dichos compuestos poseen únicamente enlaces simples C-C.

Nombre del hidrocarburo Fórmula Número de átomos de C
metano CH4 1
etano CH3-CH3 2
propano CH3-CH2-CH3 3
butano CH3-(CH2)2-CH3 4
pentano CH3-(CH2)3-CH3 5
hexano CH3-(CH2)4-CH3 6
heptano CH3-(CH2)5-CH3 7
octano CH3-(CH2)6-CH3 8
nonano CH3-(CH2)7-CH3 9
decano CH3-(CH2)8-CH3 10

           Tabla 2.

SIGNIFICADO DEL PARÉNTESIS EN UNA FÓRMULA QUÍMICA

Cuando existen elementos dentro de un paréntesis en una fórmula química significa que éstos se repiten tantas veces como el subíndice fuera del paréntesis lo determine.

CH3(CH2)4-CH3   =   CH3CH2-CH2-CH2-CH2CH3

Los nombres de los alquenos y alquinos se construyen del mismo modo que los alcanos expresados en la Tabla 2, con la particularidad de que en alquenos y alquinos pueden existir más de un doble o triple enlace.

EJEMPLO 1: Los tres compuestos que se observan a continuación contienen 2 carbonos en su fórmula, por ello se escriben utilizando el prefijo et-, se diferencian entre sí por sus enlaces, simple, doble y triple respectivamente.

CH3-CH3          CH2=CH2       CH≡CH

etano              eteno            etino

EJEMPLO 2: Los siguientes compuestos tienen en común que poseen 4 carbonos cada uno, se diferencian en sus terminaciones. En el caso de alquenos y alquinos se indica la posición del doble o triple enlace.

CH3-CH2-CH2-CH         CH2=CH-CH2-CH         CHC-CH2-CH3

butano                         1buteno                     1butino

EJEMPLO 3: Cuando los dobles o triples enlaces se encuentran más de una vez, en el nombre se agrega un prefijo griego (di, tri, tetra, etc.) que indica la cantidad de dobles o triples enlaces presentes.

CH2=C=CH-CH3

1,2 butadieno

El biogás se obtiene a partir de residuos orgánicos y es una alternativa a las fuentes de energía contaminantes, se compone de entre un 50 y un 70% de metano.

PREFIJOS GRIEGOS          

Los prefijos griegos se utilizan con frecuencia en las ciencias exactas y naturales, por ejemplo, en química para nombrar hidrocarburos y en matemática para dar nombre a las figuras geométricas (triángulo, pentágono, etc.).

1 mono- 8 octa- 15 pentadeca-
2 di- 9 nona- 16 hexadeca-
3 tri- 10 deca- 17 heptadeca-
4 tetra- 11 undeca- 18 octadeca-
5 penta- 12 dodeca- 19 nonadeca-
6 hexa- 13 trideca- 20 icosa-
7 hepta- 14 tetradeca- 100 hecta-

REGLAS IUPAC

Para poder nombrar hidrocarburos lineales, ramificados o cíclicos es indispensable conocer las reglas de la IUPAC. Como se puede observar en los ejemplos anteriores, nombrar hidrocarburos lineales no es una tarea difícil. Si se desea dar nombre a ramificados, es necesario conocer algunas reglas específicas y tener en cuenta que estos compuestos poseen una cadena principal de átomos de carbono y sustituyentes.

SUSTITUYENTES

Reemplazan a un hidrógeno de la cadena carbonada y pueden ser:

  • Átomos distintos al carbono o al hidrógeno, por ejemplo el Br, Cl, I, etc.
  • Grupos funcionales.
  • Grupo alquilo

GRUPO ALQUILO: Cuando a un alcano se le quita un hidrógeno se genera un grupo alquilo.

ALCANO GRUPO ALQUILO
metano CH4 metilo -CH3
etano CH3-CH3 etilo -CH2-CH3
propano CH3-CH2-CH3 propilo -CH2-CH2-CH3

Cuando el alquilo se une a la cadena principal, se elimina la letra “o” final para nombrar el compuesto, por ejemplo:

-CHes un metilo, al ser un sustituyente se nombra como metil:  3-metil-hexano

REGLAS PARA NOMBRAR HIDROCARBUROS RAMIFICADOS

PARA TENER EN CUENTA: La numeración de la cadena inicia en el extremo más cercano al sustituyente.

  1. Identificar la cadena principal (es la cadena más larga de átomos consecutivos de carbono).

 La cadena más largas de carbonos contiene 6 C.

 En este ejemplo la cadena no está ubicada en forma lineal, cuenta con 6 C.

2. Escribir el número que indica la posición de los radicales alquilo y nombrarlos (en orden alfabético si hay más de uno). Se finaliza nombrando la cadena principal.

 3- metil-hexano

En el carbono 3 se encuentra un sustituyente (metil), por ello el se escribe: 3-metil.

Como la cadena principal contiene 6 C, corresponde a un hexano, por ello el nombre es: 3-metil hexano.

5-etil-3-metil-octano

En el carbono 3 se observa un sustituyente metil y en la posición del carbono 5 la ramificación es un etil. Como deben escribirse en orden alfabético queda: 5-etil-3-metil.

La cadena principal contiene 8 C y todos los enlaces son simples, por lo tanto el compuesto es: 5-etil-3-metil-octano.

3. Si en la cadena los sustituyentes son halógenos (elementos del grupo VII de la tabla periódica) y además de éstos hay alquilos, se nombra primero a los halógenos.

  2-cloro-3-metil-hexano

4. Si el radical se repite se utilizan los prefijos di, tri, tetra, etc.

 3,5-dimetil octano

5. Los dobles y triples enlaces de deben nombrar después de los sustituyentes.

 3-metil-1-octeno

En el ejemplo se comienza a numerar la cadena principal a partir del extremo más cercano al doble enlace y luego se nombra primero la posición y el tipo de radical (3-metil), finalizando con laubicación del doble enlace y el alqueno de 8 carbonos (1-octeno).

A PRACTICAR LO APRENDIDO

  1. Formular los siguientes compuestos:

a) 2,3-dimetil-pentano

b) 3-etil-4-metil-1-hexeno

c) 4-metil-1,6-octadiino

2. Nombrar los siguientes compuestos:

a)   

b)   

c)   

respuestas

1.

a)

b) 

c) 

2.

a) 2,3,5-trimetil-heptano

b) 2-metil-2,4-heptadieno

c) 4-metil-2-hexino

¿Sabías qué...?
Hasta la primera mitad del siglo XIX se creía que los compuestos orgánicos sólo podían producirse en los organismos vivos, por ello se denominó Química Orgánica a la ciencia que estudiaba dichos compuestos. Actualmente este término se emplea para designar a la parte de la Química que estudia compuestos que contienen Carbono en sus moléculas, sin importar si dichos compuestos son naturales o sintetizados en laboratorio.

 

Alquinos

Los alquinos son hidrocarburos no saturados que poseen enlaces triples entre carbonos C≡C. Su fórmula general es CnH2n-2 y se utiliza cuando el compuesto contiene un solo enlace triple. 

El acetileno es el alquino más sencillo, puede alcanzar temperaturas de hasta 3.000°C, por lo cual es utilizado en soldadura.

Los alquinos son hidrocarburos alifáticos, es decir que se conforman por cadenas abiertas, a diferencia de los aromáticos, cuyas cadenas se cierran formando ciclos.

El alquino más simple es el etino, comúnmente denominado acetileno. El mismo cuenta  únicamente con dos carbonos unidos mediante un enlace triple y su fórmula molecular es C2H2. El enlace triple es resultado de la hibridación de los orbitales que intervienen en la unión de los respectivos átomos.

HIBRIDACIÓN SP

Los enlaces híbridos sp se forman a partir de un orbital s y un orbital p. En el caso del etino, los orbitales híbridos sp se disponen especialmente en forma simétrica y se orientan en un segmento de recta.

El carbono en su estado fundamental tiene a sus electrones de valencia distribuidos de la siguiente forma:

Al promover un electrón desde el orbital 2s hasta el orbital 2p, queda:

Finalmente, se puede representar al estado de hibridación sp de la siguiente forma:

De este modo se observa cómo quedan dos electrones ubicados en dos orbitales híbridos sp y un electrón en cada uno de los orbitales 2p (2py, 2pz) sin hibridación.

nomenclatura de alquinos

Los alquinos se nombran con el mismo procedimiento que los alquenos, la única diferencia es que su terminación es “ino”.

Pasos para nombrar los alquinos lineales sin ramificaciones

La siguiente tabla es indispensable cuando se realiza nomenclatura de compuestos orgánicos:

Tabla 1.

Los pasos para dar nombre a este tipo de compuestos son cuatro y se desarrollarán mediante un ejemplo.

Nombrar el siguiente compuesto:

PASO 1.- Contar la cantidad de carbonos que contiene el compuesto y según la Tabla 1 escribir el prefijo del nombre.

La cantidad de C son 6, se observa la Tabla 1 y a partir de allí se puede comenzar a escribir el nombre: hex_____

PASO 2.- Identificar la posición de los triples enlaces.

PASO 3.- Al primer enlace triple se le asigna el menor número posible y se comienza a contar desde el extremo más próximo al mismo.

El triple enlace que más cercano a un extremo se encuentra es el que se observa junto a la CH de la derecha, por ello se comienza a contar los enlaces desde allí. En este caso los triples enlaces están ubicados en posición 1 y 4.

PASO 4-. Si hubiese más de un triple enlace se indica la ubicación de los mismos y se agrega un prefijo (di, tri, tetra, penta, etc.) para indicar cuántos enlaces múltiples están presentes.

En este paso se organiza toda la información anterior:

Primero se escriben los números de la ubicación separados por coma: 1,4

A continuación se coloca un guión y se escribe el prefijo que se identificó en el paso 1: 1,4 – hex

Como en este ejemplo hay dos enlaces triples, se escribe el prefijo di precedido de una letra a: 1,4 – hexadi

El compuesto es un alquino porque contiene enlaces triples, por ello su terminación es ino: 1,4 – hexadiino

formulación de alquinos

La formulación de alquinos (al igual que alcanos y alquenos) se inicia con la escritura de la cantidad de carbonos que indica el prefijo. Por ejemplo:

Escribir la fórmula semidesarrollada del  2-pentino

PASO 1.- Identificar cuántos carbonos contiene el compuesto observando la Tabla 1.

2-pentino    → pent indica que la cadena contiene 5 C.

PASO 2.- Escribir la estructura de carbonos que contiene la cadena.

C C C C C    → se escriben los símbolos de 5 carbonos.

PASO 3.- Ubicar los enlaces según corresponda.

C  – CC – C   – C    → el número 2 en 2-pentino indica la ubicación del doble enlace.

PASO 4.- Se completan los H en cada carbono del hidrocarburo.

CH3-C≡C-CH2-CH   → cada carbono puede formar 4 enlaces.

A tener en cuenta: los carbonos que están unidos con el triple enlace no tienen capacidad para unirse con H, ya que completaron sus 4 enlaces.

TRANSPORTE DE ACETILENO 

El transporte de combustibles requiere extremas medidas de seguridad.

La molécula de etino tiende a descomponerse, por lo tanto es inestable. Por ello es necesario tomar recaudos para su transporte. El gas debe disolverse en un disolvente orgánico, como acetona, regulando la presión a la cual está sometido. El acetileno en estado líquido es muy sensible a los golpes, ya que es explosivo.

TIPOS DE FÓRMULAS

Un hidrocarburo se puede escribir mediante fórmulas molecular, semidesarrollada, desarrollada y taquigráfica. Para alquenos y alquinos no se recomienda utilizar la fórmula molecular dado que no muestra la disposición de los átomos y esto es sumamente importante, especialmente en compuestos isómeros.

En el siguiente cuadro se pueden comparar las fórmulas para el compuesto 1-pentino:

FÓRMULAS
MOLECULAR SEMIDESARROLLADA DESARROLLADA TAQUIGRÁFICA
C5H8 CH≡C-CH2-CH2-CH3

ISÓMEROS

Los isómeros son compuestos que poseen la misma fórmula molecular, pero difieren en su estructura. Existen cuatro clases de isomería: de posición, de función, de esqueleto o cadena y estereoisomería.

TIPOS DE ISOMERÍA

Isomería de posición: ocurre cuando difieren en la ubicación del grupo funcional que caracteriza una familia de compuestos orgánicos, como por ejemplo el enlace triple. El 1-pentino y 2-pentino tienen la misma fórmula molecular C5H8 pero distinta posición del triple enlace.

  

Isomería de cadena o esqueleto: se presenta cuando varía la estructura de la cadena hidrocarbonada. Los dos compuestos del ejemplo tienen fórmula molecular C6H12.

 

 

 

 

Isomería de función: es aquella en la cual los compuestos se diferencian por su función química. En el ejemplo se observan dos compuestos cuya fórmula molecular es C6H12 pero que difieren en sus propiedades químicas y físicas.

Estereoisomería: está relacionada con la geometría de la molécula. La disposición espacial difiere en relación al enlace doble.

A PRACTICAR LO APRENDIDO

1.- Formular los siguientes alquinos:

a) 1-butino

b) 2-hexino

c) 1,3 octadiino

2.- Escribir el nombre de los siguientes hidrocarburos:

a) CH≡C-CH3

b) CH3-C≡C-C≡C-C≡C-CH2-CH3

c) CH≡C-CH2-C≡C-CH3

RESPUESTAS

1.-

a) CH≡C-CH2-CH3

b) CH3-C≡C-CH2-CH2-CH3

c) CH≡C-C≡C-CH2-CH2-CH2-CH3

2.-

a) propino (no se escribe 1-propino, dado que este compuesto solamente puede contener un triple enlace en la                              posición 1).

b) 2,4,6 nonatriino

c) 1,4 hexadiino

¿Sabías qué...?
El propino o también denominado metilacetileno es un alquino que se utiliza como combustible de cohetes espaciales.

Alcanos

Los alcanos pertenecen a los hidrocarburos, es decir, compuestos formados fundamentalmente por hidrógeno y carbono. Entre los hidrocarburos se pueden distinguir dos grandes grupos: los alifáticos y los aromáticos. Los alcanos conforman el primero de ellos, y son los compuestos orgánicos más sencillos.

Los hidrocarburos se clasifican en alifáticos y aromáticos. La diferencia principal entre estas categorías es que los alifáticos se conforman por cadenas abiertas y los aromáticos por cadenas cerradas o ciclos. Por ejemplo:

Butano, hidrocarburo alifático (de cadena abierta)

CH3-CH2-CH2-CH

 

Ciclopentano, hidrocarburo aromático (de cadena cerrada)

Resultado de imagen para ciclopentano

 

Entre los alifáticos se pueden encontrar los alcanos, alquenos y alquinos. Éstos, a su vez, se diferencian entre sí mediante la forma que tienen de unirse, es decir,  por medio de los enlaces que los constituyen.

Alcanos: conformados por enlaces covalentes simples ( C-C ) de cadena abierta.

Alquenos: constituidos por enlaces covalentes dobles ( C=C ) de cadena abierta.

Alquinos: conformados por enlaces covalentes triples ( C≡C ) de cadena abierta.

ALCANOS

Los alcanos son considerados hidrocarburos saturados, ya que contienen únicamente enlaces simples en su estructura. Esta particularidad se debe a que los átomos de carbono que los conforman tienen una hibridación sp3, lo cual implica que contienen el numero máximo de átomos de hidrógeno que pueden unirse con los carbonos.

HIBRIDACIÓN SP3 

 

Para ejemplificar este tipo de hibridación es conveniente considerar la molécula del alcano más simple, el metano: CH4.

El C tiene 4 electrones de valencia, por lo tanto, se puede representar el diagrama orbital de la siguiente forma:

Como se puede observar, existen dos electrones desapareados en los orbitales 2p2, con lo cual se podrían formar sólo dos enlaces con el hidrógeno. lo que originaría la especie CH2.

Sin embargo, al excitar energéticamente a uno de los electrones del orbital sp2 se consigue obtener una especie más estable y la posibilidad de formar cuatro enlaces.

 

 De este modo se obtienen los orbitales híbridos:

 

 

GEOMETRÍA MOLECULAR DEL METANO

 

Molécula de metano.

La hibridación implica también una reestructuración en la geometría molecular, en consecuencia, los orbitales sp3 apuntan hacia los vértices de un tetraedro regular.

Todos los ángulos HCH miden 109,5°.

Este tipo de hibridación no ocurre únicamente con alcanos, por ejemplo puede darse también en el amoníaco (NH3).

 

¿Qué otros tipos de hibridación se conocen?

 

Además de la hibridación sp3, se pueden obtener la sp y la sp2. Pero éstas no corresponden a alcanos.

 

 

 

 

NOMENCLATURA DE ALCANOS

Existen varias formas de representar a este tipo de compuestos, pero sea cual fuese la fórmula (molecular, desarrollada, semidesarrollada o taquigráfica) lo primero que se debe hacer es contar la cantidad de carbonos de la cadena principal. Para ello es de gran utilidad la siguiente tabla:

N° de átomos de C prefijo
1 met-
2 et-
3 prop-
4 but-
5 pent-
6 hex-
7 hept-
8 oct-
9 non-
10 dec-

Tabla 1.

Fórmula desarrollada

Es aquella en la cual se pueden observar todos los átomos de la molécula con sus respectivos enlaces, por ejemplo:

Fórmulas desarrolladas de los alcanos más sencillos.

Fórmula semidesarrollada

La fórmula semidesarrollada de un compuesto facilita su escritura, es una forma abreviada de la forma desarrollada.

El siguiente compuesto se denomina butano porque contiene 4 carbonos (ver tabla 1). La formula semidesarrollada se escribe teniendo en cuenta cuántos hidrógenos se encuentran alrededor de cada carbono.

A modo de ejemplo, se verá el caso del butano.

En los carbonos de los extremos de la cadena se observan uniones con tres hidrógenos, mientras que en los demás sólo hay capacidad para dos hidrógenos. Por lo tanto, la fórmula semidesarrollada es la siguiente:

         CH3 CH2 CH2 CH3     

Formula molecular

Se conforma por símbolos químicos y subíndices que indican la cantidad total de cada uno de los elementos que constituyen el compuesto.

En los alcanos la fórmula general es Cn H2n+2, siendo n la cantidad total de carbonos existentes.

Por ejemplo, en el butano se encuentran 4 C, por lo tanto sería C4 H2.4+2= C4 H8+2 = C4H10

La fórmula molecular del butano contiene 4 carbonos y 10 hidrógenos.

Fórmula taquigráfica

También denominada “fórmula de esqueleto” representa un par de átomos de carbonos unidos y se considera que tiene la cantidad de hidrógenos suficientes para completar los cuatro enlaces de carbono. Cada segmento cuenta con carbonos en sus extremos.

Fórmula taquigráfica del butano.

NOMENCLATURA DE ALCANOS LINEALES

La forma más utilizada es la semidesarrollada, el siguiente ejemplo paso a paso será de utilidad para aprender a nombrar alcanos lineales.

Nombrar el siguiente hidrocarburo:

a)  CH– CH– CH– CH– CH3

Pasos a seguir:

  1. Contar la cantidad de átomos de C.

    CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

       1         2         3        4         5

2. Buscar en la Tabla 1 el prefijo correspondiente.

4 but-
5 pent-
6 hex-

 

Como la cantidad de carbonos es de 5 átomos, el prefijo correspondiente es pent-

 

 

 

3. Se escribe el nombre iniciando con el prefijo que corresponde y finalizando de acuerdo a la cantidad de enlaces entre carbonos. En este caso son todos enlaces simples, por eso termina en “ano”.

 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3        PENTANO

 

 

 

 

 

A PRACTICAR LO APRENDIDO

1. Nombrar los siguientes alcanos lineales:

  1. CH3 – CH2 – CH3
  2. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
  3. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

2. Escribir las fórmulas semidesarrolladas de los siguientes alcanos:

  1. etano
  2. hexano
  3. octano

RESPUESTAS:

1. a. propano; b. heptano; c. nonano

2. a. CH3 – CH3
b. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
c. CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Para aprender más puedes ingresar a la Enciclopedia de Química.

¿Sabías qué...?
Las sustancias orgánicas al descomponerse desprenden metano, conocido también como gas de los pantanos.

Ácidos y bases

En la vida cotidiana cuando se habla de los términos ácidos y bases, estos se utilizan para designar si una sustancia tiene un sabor ácido o un sabor agrio, respectivamente. Sin embargo, en el estudio de la química, diferentes científicos han desarrollado teorías a través de los años para describir el comportamiento de estas sustancias, dada la extraordinaria importancia que tienen, tanto en procesos vitales como en operaciones industriales.

PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS Y DE LAS BASES, PRIMEROS ESTUDIOS Y TEORÍAS

Si bien los ácidos y las bases se caracterizan por reaccionar entre sí neutralizando sus propiedades, en diferentes ensayos químicos presentan las siguientes propiedades:

Ácido: los ácidos reaccionan con ciertos metales desprendiendo hidrógeno. Si se les suministra una solución de tornasol (originalmente de color violeta oscuro) se colorean de rojo. Son conductores de electricidad, son electrolíticos. Al reaccionar con una base producen sales. Son corrosivos.

Base: las bases son resbaladizas al tacto (jabonosas). Si se les suministra una solución de tornasol se colorean de azul. Son electrolíticos por tanto son conductores de electricidad. Al reaccionar con un ácido producen sales. Son corrosivos.

El primer químico que estudió el comportamiento de los ácidos y bases fue el francés Antoine-Laurent de Lavoisier, cuando observó que los ácidos se formaban al disolver agua con las sustancias adquiridas de la quema de elementos no metálicos en una atmósfera oxigénica. Por ello Lavoisier designó a los ácidos con el nombre del gas oxígeno, por su nombre griego que significa generador de ácidos.

Más tarde, el químico británico Humphry Davy demostró que el ácido clorhídrico no tiene oxígeno, por lo que luego de otros estudios se llegó a la conclusión de que los ácidos debían sus propiedades a su contenido de hidrógeno y a su capacidad de sustituir dicho contenido por un metal.

TEORÍA DE ARRHENIUS

Las definiciones del químico sueco Svante August Arrhenius, desarrolladas durante el período de 1880-1890, constituyeron los primeros conceptos modernos de ácidos y bases. Arrhenius formuló su teoría de la disociación iónica, según la cual la actividad química y la conductividad eléctrica de las soluciones de los ácidos son el resultado de su disociación reversible de iones, uno de los cuales es el H+, en otras palabras, un ácido, según Arrhenius, es toda sustancia que al ionizarse en agua produce iones hidrógeno como único tipo de catión.

Para el caso de las bases se asumió que en solución acuosa producían un ión oxhidrilo (OH-), de modo que el protón producía las propiedades ácidas y el ión oxhidrilo era el causante de las propiedades básicas. Se comprendía entonces el hecho de que un ácido reaccionara con una base para producir el agua y la sal correspondiente. Los iones H+ y OH- se combinaban para formar agua, dando lugar a la reacción llamada neutralización.

¿Sabías qué...?
El ácido sulfúrico es el compuesto químico que más se produce en el mundo.

Ejemplos:

Ácidos :

H2SO4             H+    + HSO4

H2SO4            2H+    + SO4=

Bases:

KOH                K+          + OH

Ca (OH)2          Ca++        + 2OH

Sin embargo, la teoría de Arrhenius condujo a ciertas dificultades: como la naturaleza del protón en la solución, y el hecho de que otras sustancias que no tenían iones oxhidrilo, también actuaban como bases. Por ejemplo, al ser la molécula de agua un dipolo, permite la hidratación de iones, pero si los iones son hidratados, quiere decir que el protón debe estar unido al solvente ¿cómo se explica, entonces, que la disociación ácida genere protones libres? Es que el amoníaco líquido puro se comporta como una base en presencia de ácido clorhídrico, a pesar de que no posee un ión oxhidrilo.

De esta forma la teoría queda restringida, ya que se limita a interpretar el comportamiento de los electrolitos (ácidos y bases) en soluciones acuosas.

TEORÍA DE BRÖNSTED-LOWRY

Dado a los problemas que presentaba la teoría de Arrhenius, en 1923 el químico danés Johannes Brönsted y el químico inglés Thomas Lowry, propusieron una teoría más general, la cual señala que un ácido es toda sustancia capaz de ceder protones y la base es aquella sustancia susceptible de aceptarlos. Dicha teoría indica que solo se puede hablar de un ácido si existe una base y solo se puede hablar de una base si hay un ácido.

La teoría de Brönsted-Lowry abarca cualquier medio para que se dé la reacción ácido-base y no solo el medio acuoso. Al liberarse protones a través del ácido, se forma una nueva especie llamada base conjugada del ácido, la cual capta dichos protones de nuevo, y de igual manera, cuando la base capta protones se forma el ácido conjugado, que trata de cederlos.

A1 (ácido) + B2 (base) B1 (base conjugada) + A2 (ácido conjugado)

Ejemplos

En medio acuoso:

HCl (ácido) + H2O (base) Cl (base conjugada) + H3O+ (ácido conjugado)

H2O (ácido) + NH3 (base) OH (base conjugada) + NH4+ (ácido conjugado)

En otro medio:

HCl (ácido) + NH3 (base) Cl (base conjugada) + NH4+ (ácido conjugado)

La fuerza de un ácido está relacionada a su capacidad de donar protones, y la fuerza de una base se debe a su capacidad de aceptar protones. Esta fuerza es una medida cuantitativa llamada constante de disociación ácida, es decir, la constante de equilibrio de la reacción, por lo que en la reacción reversible de equilibrio químico, la base 2 y la base 1 compiten por captar un protón estableciendo un equilibrio en función a la fuerza de los ácidos y las bases.

Un ácido fuerte como el ácido clorhídrico, HCl, tiene una gran tendencia a perder un protón, entonces su base conjugada, el ión cloruro Cl- , tiene una tendencia muy pequeña a adquirir un protón, por tanto, es una base débil. Se concluye que la base conjugada de un ácido fuerte es débil, mientras que la base conjugada de un ácido débil es fuerte. Se da la misma conclusión para las bases fuertes.

Como se observa, las definiciones de Brönsted-Lowry amplían los términos de ácido y base al incluir otras sustancias aparte de los iones H+ y OH. Se debe tomar en cuenta que los iones hidronio se escriben “H+” únicamente por comodidad de notación, ya que estos no existen en solución acuosa sino bajo la forma H3O+.

Constante de ionización del agua

Como se observa en los ejemplos anteriores, el agua es una molécula que se comporta como ácido y como base en función al compuesto con el cual reacciona, si es un ácido fuerte o una base fuerte. Por dicho comportamiento es llamada molécula anfótera. A su vez, el agua pura es un electrolito débil que se autoioniza (autoprotólisis) escasamente, disociándose en iones hidronio y oxhidrilo de la siguiente forma:

H2O + H2O      H3O+ + OH

• La reacción de disociación en equilibrio químico ha demostrado experimentalmente que este se encuentra más desplazado hacia la izquierda, es decir, en agua pura el porcentaje de iones hidronio y oxhidrilo es bastante bajo, prevaleciendo las moléculas de agua. La ley del equilibrio químico para el agua pura es:

• Al ser constante la cantidad de moléculas de agua en la reacción de disociación, esta se convierte en otra constante, la cual puede pasar al numerador del primer miembro:

• El producto entre dos constantes es otra constante, que se denominará Kw (del inglés water: agua), por lo que:

• El agua pura a 25 °C posee una misma concentración de iones hidronio e iones oxhidrilo de 1.10-7 mol/L, ya que por cada molécula de agua que se disocia se forma un ión hidronio y un ión oxhidrilo. Al sustituir las concentraciones en la fórmula, queda:

• La igualdad en las concentraciones de los iones hidronio y oxhidrilo se debe a la neutralidad del agua pura, por tanto, si la concentración de iones hidronio es mayor a 1.10-7 mol/L, la de iones oxhidrilo es menor, siendo el agua o solución estudiada, ácida; en el caso contrario, que la concentración de iones oxhidrilo sea mayor a 1.10-7 mol/L, la concentración de iones hidronio será menor, siendo básica la solución acuosa.

¿Sabías qué...?
El cloruro de hidrógeno tiene numerosos usos, por ejemplo, sirve para galvanizar metales y curtir cueros.

TEORÍA DE LEWIS

En el mismo año que Brönsted-Lowry propusieron sus definiciones, el fisicoquímico estadounidense Gilbert Newton Lewis planteó otra definición, la cual se basó en una observación de la reacción de formación de agua, en donde dedujo que los iones OH son dadores de electrones y los iones H3O+ aceptores.

La transferencia de electrones le permitió proponer que un ácido es cualquier sustancia que pueda aceptar o compartir un par de electrones, y una base es cualquier sustancia que pueda compartir o donar un par de electrones. Los ácidos y bases según Lewis se pueden clasificar en:

• Ácido: todos los iones positivos son ácidos, en función a su tendencia a combinarse con un par de electrones. Son ácidos todas las moléculas en donde un átomo central tiene un octeto incompleto, o uno o más enlaces múltiples.

• Base: todos los iones negativos son bases en función a su tendencia a donar con un par de electrones. Son bases todas las moléculas en donde un átomo tiene uno o dos pares de electrones no compartidos, o un enlace doble.

Ejemplo:

HCl + NH3         NH4Cl

POTENCIAL IÓNICO DE ACIDEZ o pH

Como se indicó anteriormente, al disolver un ácido en agua neutra aumenta la concentración de iones hidronio H3O+ (es decir que [H3O+] ˃ 10-7), convirtiéndose la solución en ácida al disminuir la concentración de iones oxhidrilo; mientras que al disolver una base en agua neutra aumenta la concentración de iones oxhidrilo OH (es decir que [OH] ˃ 10-7), convirtiéndose la solución en básica al disminuir la concentración de iones hidronio. Como en ambos casos las concentraciones de los iones están relacionadas, la Kw se mantiene constante.

En 1990 el químico danés Soren Peter Lauritz Sorensen, con el objetivo de representar las concentraciones de iones de manera más sencilla que mediante potencias de exponentes negativos, sugirió que se operara con el logaritmo negativo de dicha concentración, al cual denominó pH o potencial de la concentración de iones hidronio, expresión numéricamente igual al logaritmo del inverso o logaritmo negativo de la concentración de iones hidronio, representados en mol/L. Igualmente, para el caso de las bases, el pH es igual al logaritmo del inverso o logaritmo negativo de la concentración de iones oxhidrilo, representados en mol/L.

pH= – log [H3O+]= – log [10-7]

pH= – log [OH-]= – log [10-7]

Por ello se puede deducir que para los tipos de soluciones:

Solución Características pH, pOH
Neutra [H3O+]= [OH-] 10-7 = 10-7 7
Ácida H3O+]>[OH-] [H3O+]>10-7 y [OH-] ˂ 10-7 pH ˂ 7 , pOH ˃ 7
Básica [H3O+] ˂ 10-7 y [OH-] ˃10-7] pH ˂ 7 , pOH ˃ 7

En la escala de valores, el pH va desde 0 a 14, es decir, desde las soluciones más ácidas hasta las más básicas. El pH puede ser medido a través de dos métodos conocidos, el potenciométrico y el colorimétrico.

El potenciómetro mide el potencial eléctrico generado por los iones hidronio en la solución a través de una membrana de vidrio, la cual posee una determinada concentración de iones hidronio y es por ello que antes de usar el aparato es necesario calibrarlo.

El método colorimétrico se refiere a las diferentes sustancias utilizadas como indicadores de pH. Estos indicadores son ácidos y bases muy débiles que muestran diferentes colores en estado iónico y en estado molecular. Ejemplos: el tornasol, la fenolftaleína, violeta de metilo, entre otros.

El pH tiene gran importancia en los procesos vitales, ya que para que se dé el funcionamiento adecuado de muchas enzimas, en necesario mantener un pH neutro en el interior de las células. También es importante en las operaciones industriales, por ejemplo en la elaboración y preservación de alimentos.