La materia se transforma constantemente a nuestro alrededor sin que exista una pérdida en la masa. Es por ello que al estudiar las reacciones químicas es necesario balancear o igualar la cantidad de átomos de los reactantes y productos involucrados en la misma.
El balanceo por método algebraico consiste en asignar literales o letras a las especies químicas involucradas en una determinada reacción a fin de obtener un sistema de ecuaciones, cuya resolución permite hallar los valores de los coeficientes estequiométricos.
PARTES DE UNA REACCIÓN
¿Por qué se deben balancear las reacciones químicas?
Las reacciones químicas se deben balancear para cumplir con la ley de la conservación de la masa, cuyo postulado indica que durante un cambio químico la masa es constante. Esto significa que cuando ocurre una reacción química la masa de los productos obtenidos será igual a la de los reactantes.
Pasos para balancear una reacción por método algebraico
Asignar letras a cada uno de los reactantes y productos involucrados en las reacciones, además, se debe considerar la flecha como una igualdad.
Plantear una ecuación para cada elemento químico de la reacción.
Asignar un valor al elemento más repetido en las ecuaciones.
Resolver las ecuaciones.
Ejemplo: balancear por el método algebraico la siguiente ecuación.
Paso 1: asignar letras a los reactantes y productos de la reacción.
Paso 2: plantear ecuaciones para cada una de las especies químicas involucradas.
Paso 3: asignar un valor a la letra que más se repite en las ecuaciones, en este caso C.
Las aminas son compuestos orgánicos nitrogenados conocidos por su importancia a nivel biológico y medicinal. Ejemplo de ello es la serotonina, un neurotransmisor involucrado en diversos procesos de tipo afectivo a nivel del sistema nervioso central.
Las aminas son compuestos orgánicos derivados del amoniaco, conformados por uno o más grupos alquilo o arilo enlazados al átomo de hidrógeno mediante un enlace simple.
En función del número de grupos alquilo o arilo unido al nitrógeno las aminas se clasifican en:
Amina primaria: están constituidas por un grupo amino unido a un sustituyente alquilo o arilo (R- NH2).
Amina secundaria: están formadas por dos grupos alquilo o arilo (R-NH-R´) unidos al átomo de hidrógeno.
Amina terciaria: tienen tres grupos alquilo o arilo unidos al nitrógeno (NR3).
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS AMINAS
En el cuerpo humano hay diferentes aminas que cumplen funciones vitales en el organismo, entre las cuales se encuentran:
Histamina: es la sustancia responsable de las reacciones típicas de la alergia como la dilatación de los vasos sanguíneos, también es un importante neurotransmisor.
Niacina: es una vitamina que ayuda al buen funcionamiento de órganos como la piel, además interviene en procesos del sistema digestivo y nervioso.
Dopamina: es un neurotransmisor del sistema nervioso central y periférico.
PROPIEDADES DE LAS AMINAS
Las propiedades de las aminas están asociadas a su estructura química y la forma en que ésta determina las interacciones moleculares. En general, las aminas son polares y presentan interacciones del tipo dipolo-dipolo, además, aquellas que contienen enlaces de N-H pueden interactuar mediante enlaces de hidrógeno. Debido a que el nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno presente en los alcoholes (R-OH), los puentes de hidrógeno en las aminas son más débiles y por tanto sus puntos de ebullición suelen ser menores a los de los alcoholes de igual masa molecular.
¿Sabías que incluso las aminas terciarias pueden interaccionar con otras moléculas que formen enlaces de hidrógeno? Esto debido al par de electrones libre del nitrógeno.
En cuanto a la solubilidad, las aminas con menos de siete átomos de carbono son solubles en agua, propiedad que disminuye al aumentar el número de carbonos.
Las aminas se comportan como bases débiles en presencia de un ácido, tal como muestra el siguiente ejemplo:
AMINAS MEDICINALES
En la medicina hay drogas o fármacos que pertenecen al grupo de las aminas, como son los antihistamínicos recetados en los casos de alergias y gripes, también la morfina administrada en dosis pequeñas a pacientes que sufren dolor crónico y agudo.
Sin embargo, algunas aminas como la cocaína, la nicotina y la metanfetamina generan adicción y demás efectos negativos sobre el sistema nervioso central y la salud en general.
¿Sabías que el nombre de vitaminas se debe a que inicialmente se creía dichas biomoléculas eran todas aminas?
NOMENCLATURA DE AMINAS
Las aminas se nombran como alcanoaminas o alquilaminas, es decir, se nombran utilizando el nombre del alcano o sustituyente alquilo, respectivamente. En ambos casos se utiliza la terminación –amina.
En aquellos casos donde hay más de un sustituyente se deben nombrar en orden alfabético, así mismo, si alguno de estos se repite varias veces se utilizan los prefijos de cantidad: di, tri y tetra, entre otros.
También es posible nombrar los sustituyentes empleando la letra N como localizador, siempre que los sustituyentes estén unidos al átomo de nitrógeno.
En compuestos donde la prioridad corresponde a otra función química, las aminas se nombran empleando el término amino- precedido por el localizador.
SALES CUATERNARIAS
Las sales cuaternarias se forman cuando una amina reacciona con un ácido. Se utilizan como producto de limpieza y en medicamentos, ya que son más estables y resistentes que las aminas de las cuales provienen.
Estudiar cómo se combinan los elementos químicos en la naturaleza es primordial para la química aplicada, es por ello que a lo largo de los años se han planteado diversas teorías y formas de representación que facilitan el entendimiento de los compuestos químicos.
Los átomos se combinan entre sí para formar diversos compuestos o sustancias químicas, esto implica la formación de enlaces químicos entre los átomos involucrados en las reacciones químicas. En función de la naturaleza química se conocen tres tipos de enlace:
Enlace iónico: se forma como resultado de las fuerzas electrostáticas existentes entre iones de carga opuesta. Este tipo de enlace implica la transferencia de electrones de un átomo a otro.
Enlace covalente: es aquel donde dos átomos comparten electrones, en función del número de electrones compartidos se distinguen tres tipos de enlaces covalente: simple (2 e–), doble (4 e–) y triple (6 e–).
Enlace metálico: en este tipo de enlaces los electrones se mueven dentro de la red tridimensional del metal, lo que le confiere al mismo su propiedad característica, la conductividad eléctrica.
Los electrones que participan en un enlace químico se denominan electrones de valencia y son aquellos que se encuentran en la capa más externa de los átomos.
Átomo de nitrógeno.
Estructuras de Lewis
Lewis fue un químico estadounidense que propuso simbolizar los electrones de valencia mediante el uso de puntos que se ubican arriba, abajo y a los lados del símbolo químico de cada elemento, esta forma de representación se conoce como símbolos de Lewis.
Los símbolos punto-electrón para construir las denominadas estructuras de Lewis de diversas moléculas o compuestos son una herramienta útil al momento de estudiar los enlaces químicos, formación y tipos.
Regla del octeto
Cuando se forma un enlace químico los átomos pierden, ganan o comparten electrones con la finalidad de emular la configuración electrónica del gas noble más cercano a ellos, los cuales deben su estabilidad al número de electrones que contienen en su capa de valencia.
Símbolos de Lewis de los gases nobles.
Con excepción del helio, todos los gases nobles poseen ocho electrones en la capa de valencia, hecho en el que se fundamenta la denominada regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta estar rodeados por ocho electrones de valencia.
A continuación se muestran algunos ejemplos de estructuras de Lewis:
Metano
Fórmula química: CH4
Tipo de enlace: covalente
Configuración electrónica:
Estructura de Lewis:
Dióxido de carbono
Fórmula química: CO2
Tipo de enlace: covalente
Configuración electrónica:
Estructura de Lewis:
Agua
Fórmula química: H2O
Tipo de enlace: covalente
Configuración electrónica:
Estructura de Lewis:
Estructura de Lewis en compuestos iónicos
Uno de los compuestos iónicos más utilizados es la sal de mesa, compuesta por cloruro de sodio dibujar su estructura de Lewis sigue el siguiente procedimiento:
Escribir la formula química: NaCl
Conocer el tipo de enlace: iónico.
Realizar la configuración electrónica, considerando el efecto de las cargas en el anión y catión.
Realizar la estructura de Lewis.
Excepciones de la regla del octeto
La regla del octeto no se cumple para todos los compuestos químicos, las excepciones se pueden resumir en tres casos:
Moléculas que tienen un número impar de electrones
La presencia de un número de electrones impar hace imposible que los mismos se apareen totalmente y por tanto al menos uno de los átomos involucrados no alcanza el octeto. Por ejemplo el monóxido de nitrógeno (NO).
Estructura de Lewis del monóxido de nitrógeno.
Moléculas con menos de ocho electrones
Son aquellas moléculas donde un átomo o ion de la misma no puede alcanzar el octeto, un caso emblemático es el trifloruro de boro (BF3).
Estructura de Lewis del trifloruro de boro.
Moléculas con más de ocho electrones
Son compuestos químicos donde al menos uno de los átomos o iones sobrepasa los ocho electrones en la capa de valencia. Algunos ejemplos representativos son el pentacloruro de fosforo (PCl5).
Estructura de Lewis del pentacloruro de fosforo.
¿Qué debes saber para dibujar estructuras de Lewis?
Para dibujar una estructura de Lewis es necesario dominar los conceptos básicos de la química y sus elementos. Algunas de las consideraciones a tener en cuenta son:
Determinar los electrones de valencia de los elementos involucrados, para ello se puede usar una tabla periódica. También es importante recordar que en el caso de los iones se deben sumar o restar electrones en la capa de valencia; para los aniones cada carga negativa significa que se debe sumar un electrón, en tanto, para los cationes una carga positiva implica que se debe restar un electrón.
Escribir los símbolos químicos e indicar que tipo de enlace los une. Por lo general, las fórmulas químicas indican el orden de unión de los átomos mientras que la naturaleza del enlace está determinada por la diferencia de electronegatividad que existe entre los mismos.
Completar primero los octetos de los elementos unidos al átomo central.
Colocar los electrones faltantes en el átomo central aun si no cumplen con la regla del octeto.
Cuando el átomo central no cumple con el octeto es recomendable probar con enlaces múltiples.
Expresar la concentración es muy importante porque permite conocer de forma cuantitativa las características de una sustancia y de esta forma se puede evaluar, por ejemplo, la calidad de un producto en una fábrica o conocer su impacto ambiental. En el siguiente artículo se muestran los cálculos de concentración en porcentaje masa/masa.
Términos básicos
Solución: sistema homogéneo, es decir, que presenta las mismas propiedades fisicoquímicas en toda su masa. Las soluciones se encuentran formadas por dos componentes denominados solvente y soluto.
Solvente: es la cantidad que generalmente se encuentra en mayor proporción dentro de la solución y contiene al soluto. Un ejemplo lo representa una solución de agua y azúcar, el solvente corresponde al agua y el azúcar al soluto.
Los términos solvente y solución también son llamados disolvente y disolución.
Soluto: es la sustancia disuelta en otra y que generalmente se encuentra en menor proporción respecto al solvente.
La palabra soluto proviene de la palabra latina solutus que significa “disuelto”.
¿Sabías qué...?
Es posible encontrar soluciones con dos o más solutos. Este principio también se puede aplicar para los gases y los sólidos.
Tanto por ciento masa/masa (%m/m)
La concentración es la relación entre la cantidad de soluto y solvente, y puede expresarse de diferentes formas. Una de éstas es tanto por ciento en masa o también denominada tanto por ciento en peso o riqueza.
La masa no cambia debido a variaciones de presión, temperatura o fuerzas gravitatorias, es por ello que la concentración % m/m proporciona gran exactitud en los cálculos.
El porcentaje masa-masa se define como la unidad física que determina la concentración en gramos (g) de soluto contenidos en 100 gramos de solución. De esta forma, si una solución tiene una concentración de 20 % en m/m, quiere decir que en 100 gramos de solución se encuentran disueltos 20 gramos de soluto y el resto, los 80 gramos corresponden a la masa del solvente. De este principio se deduce que a partir de la sumatoria de los gramos de soluto y de los gramos de solvente se obtienen los gramos totales de la solución.
La fórmula para calcular el % m/m es:
La fórmula para calcular los gramos de solución es:
Dónde:
(%m/m): concentración masa-masa.
msol: gramos de la solución.
msto: gramos del soluto.
mste: gramos del solvente.
La concentración masa-masa puede expresarse en cualquier unidad de masa, sin embargo, es importante considerar que se debe usar la misma unidad durante todos los cálculos. Usualmente, en la práctica se emplea la unidad de gramo debido a que se trabaja con pequeñas cantidades.
Estudiemos ahora algunas situaciones en las que se puedan usar los cálculos de concentración de masa-masa.
Un científico disuelve 10 g de NaOH en 490 g de agua. ¿Cuál es la concentración de la solución expresada en masa-masa?
Datos:
= 10 g
= 490 g
Se calcula la masa de la solución:
Una vez conocida la masa de la solución se puede aplicar la ecuación para el cálculo de la concentración:
La concentración se expresa en porcentaje por lo tanto es adimensional (sin unidades).
Una fábrica desea preparar 250 g de solución acuosa de bicarbonato de sodio (NaHCO3) al 3 % m/m, ¿qué cantidad de bicarbonato se debe usar para preparar una solución de dicha concentración? ¿cuántos gramos de agua se necesitan?
Datos:
= 250 g
= ?
= 3 %
= ?
Calculo de la cantidad de bicarbonato de sodio.
De la ecuación principal de concentración se pueden despejar los gramos de soluto que corresponden a los gramos de bicarbonato de sodio requeridos:
Se sustituyen en la fórmula los valores conocidos y se despeja :
Por lo tanto, para obtener 250 g de solución acuosa al 3 % m/m, se deben agregar 7,5 g de bicarbonato de sodio.
Calculo de los gramos de agua.
El agua es el solvente de la solución, por lo tanto, lo que se quiere calcular es la masa del solvente. A partir de la ecuación de masa de solución se puede despejar dicho valor ya que los demás datos son conocidos:
Se sustituyen los valores conocidos y se despeja :
De esta forma, la cantidad de agua que necesita para producir la solución es de 242,5 g.
Recuerda prestar atención en los signos al momento de despejar ecuaciones.
El tanto por ciento en masa de yoduro de potasio es de 3 % en una solución. ¿Cuántos gramos de yoduro de potasio hay en 30 g de solución?
Datos:
= 3 %
= 30 g
= ?
Se sustituyen todos los valores conocidos en la ecuación de concentración y se despeja :
Otras formas de expresar concentración
Existen otras formas de expresar concentración además del porcentaje , como los porcentajes y . En el se define como gramos de soluto disueltos en 100 mililitros de solución y el por su parte se define como los mililitros de soluto disueltos en 100 mililitros de solución.
Los ésteres son compuestos orgánicos oxigenados que contienen un carbonilo unido a un grupo alcoxido y un grupo alquilo o arilo. Éstos se obtienen a partir de ácidos carboxílicos, por lo cual se conocen como derivados de los mismos.
Los ésteres (R-COOR) son compuestos estructuralmente relacionados a los ácidos carboxílicos (R-COOH), ya que la formación del éster requiere la sustitución del grupo –OH del ácido por un grupo –OR´.
Esterificación
La esterificación es una reacción a partir de la cual se pueden obtener ésteres. Para ellos se hace reaccionar un acido carboxílico con un alcohol para formar el éster más agua, generalmente se emplea un acido fuerte como catalizador.
PROPIEDADES DE LOS ÉSTERES
Los ésteres de baja masa molecular se caracterizan por ser líquidos con aromas agradables, conforme la masa molecular aumenta, lo esteres tienden a ser sólidos a temperatura ambiente e inodoros.
La solubilidad de los esteres en agua disminuye conforme aumenta la cadena carbonada.
Por otro lado, sus puntos de ebullición suelen ser más bajos que el del ácido del cual deriva cada uno debido a que la presencia de un grupo alquilo o arilo en lugar del hidrógeno dificulta la formación de enlaces de hidrógeno.
Aroma a ésteres
Una de las características de los esteres está relacionado a su aroma, el cual es responsable del olor de algunas frutas y flores. Por ello se utilizan en la industria de las fragancias y perfumes.
El plátano debe su aroma al etanoato de pentilo.El pentoanato de pentilo es el responsable del olor a manzana.El albaricoque es un aroma asociado al butanoato de pentilo.El olor a frambuesa se debe al octanoato de heptilo.
NOMENCLATURA DE ÉSTERES
Además de las regla generales de nomenclatura, la IUPAC determinó una serie de reglas específicas para los ésteres, las cuales se detallan a continuación.
¡Recuerda!
Las normas generales de nomenclatura orgánica son:
Seleccionar la cadena principal, ésta siempre es la más larga y la que contiene el grupo funcional de mayor prioridad.
Enumerar la cadena principal, para lo cual se asigna la numeración más baja posible al grupo funcional principal y a los sustituyentes e insaturaciones presentes en la estructura.
Identificar y nombrar los sustituyentes presentes.
Los sustituyentes se nombran en orden alfabético, en casos donde los sustituyentes se encuentran repetidos se utilizan prefijos de cantidad que no son considerados al momento de ordenar, por ejemplo: di = 2, tri = 3, tetra = 4, penta = 5, hexa = 6 y así sucesivamente.
Los ésteres se nombran como sales del ácido carboxílico del cual provienen. Para ello se sustituye la terminación –oico por el sufijo –oato, luego se coloca el nombre del sustituyente alquilo o arilo unido al átomo de oxígeno, dichos nombres deben estar separados por la palabra “de”.
– Ejemplo:
En compuestos donde el grupo éster se encuentra como sustituyente, por ejemplo en ácidos carboxílicos y anhídridos ácidos, se emplea el nombre del alcoxido correspondiente seguido de la palabra carbonil.
Ejemplo:
Algunos medicamentos son ésteres, por ejemplo la aspirina.
En aquellos compuestos donde el grupo éster está unido a un ciclo se considera como cadena principal al ciclo, cuyo nombre va seguido de la terminación –carboxilato de alquilo, donde el nombre del alquilo dependerá del número de carbonos.
Ejemplo:
¿Sabías qué...?
Los ésteres cíclicos reciben el nombre de lactonas
Valerolactona
Ejemplo:
Nombre el siguiente compuesto:
Paso 1: reconocer el ácido del cual proviene el éster, luego se elimina la palabra ácido y se sustituye el sufijo –ico por -ato.
Paso 2: reconocer y nombrar el grupo alquilo unido al oxigeno.
Paso 3: escribir el nombre completo del compuesto.
Peso molecular de un compuesto químico es la suma de los pesos atómicos de los elementos que constituyen la molécula de ese compuesto.
Mediante un ejemplo precisaremos el concepto y mostraremos cómo se calcula el peso molecular de un compuesto (cuando se conoce con certeza su fórmula) a partir de los pesos atómicos de sus elementos constituyentes.
Ejemplo:
1) Hallar el peso molecular del carbonato de calcio, CaCO3.
Escribiremos PM (CaCO3) o simplemente PM para representar el peso molecular del carbonato de calcio y PA(Ca), PA(C) y PA(O) para representar, respectivamente, los pesos atómicos del calcio, el carbono y el oxígeno. Será:
PM= PA(Ca) + PA(C) + 3 PA(O)
Esto es porque la molécula de CaCO3 contiene un átomo de Ca, uno de C y tres de O.
Consultando la tabla de pesos atómicos encontramos que:
PA(Ca) = 40,08
PA (C) = 12,011
PA (O) = 15,999
Por lo tanto,
PM= 40,08 +12,011 +3·15,999 = 100,088
El peso molecular se refiera a la suma de los pesos atómicos de un compuesto.
Determinación experimental de los pesos moleculares
Del concepto de peso atómico se deduce que al considerar las reacciones entre todos los elementos podían encontrase relaciones similares a la relación PC = 3/7 . PSi, con lo que resultaría posible expresar todos los pesos atómicos en función del peso atómico de un elemento cualquiera, que podríamos escoger a voluntad.
Sin embargo, para los químicos de principios del s. XIX el problema era que en general no conocían las fórmulas de los compuestos y por lo tanto no podían estar seguros de si los elementos reaccionaban átomo a átomo o no, con lo cual se hacía imposible establecer con certeza relaciones entre los pesos de sus átomos.
Dalton supuso erróneamente que cuando dos elementos se combinan para dar un compuesto siempre lo hacen átomo a átomo. Así, en el caso del agua pensó que su fórmula era HO y, como había hallado experimentalmente que el hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua en una proporción ponderal de 1:7 (la verdadera proporción es 1:7,9365, pero este error experimental es comprensible para la época), concluyó que el peso atómico del oxígeno expresado en la escala del hidrógeno es 7 (hoy sabemos que la fórmula del agua es H2O, por lo que el peso atómico del oxígeno, expresado en función del peso atómico del hidrógeno, es realmente 2·7,9365 = 15,873).
El problema de establecer los pesos atómicos de los elementos no pudo así resolverse hasta que se hallaron métodos prácticos para determinar por vía experimental los pesos moleculares de sus compuestos. Los métodos experimentales para la determinación de pesos moleculares son aplicables a sustancias en estado gaseoso y a solutos en disolución. La determinación del peso molecular de un gas se basa en la ecuación de estado de los gases ideales, por lo que es preciso conocer la masa de sustancia gaseosa contenida en un determinado volumen, así como ese mismo volumen y la presión y la temperatura a que se encuentra el gas. Como estas dos últimas variables son directamente medibles, lo que se determina realmente es la masa de la sustancia contenida en un volumen que se puede conocer.
Para conocer el peso molecular de sustancias sólidas se recurre a su disolución en agua o en otro líquido. Toda una serie de propiedades de las disoluciones dependen del número de moléculas que contienen disueltas en un peso dado de disolvente (propiedades coligativas), de manera que es posible calcular el peso molecular del soluto a partir, por ejemplo, del descenso del punto de congelación (crioscopia) o bien del aumento del punto de ebullición (ebulloscopia) de la disolución en relación al punto respectivo del disolvente puro.
Para conocer el peso molecular de sustancias sólidas se recurre a su disolución en agua o en otro líquido.
La materia puede presentarse en dos formas distintas: homogénea y heterogénea, según que sus propiedades y su composición sean las mismas en cualquier punto o cambien al pasar de un punto a otro. La homogeneidad, tal como se entiende en química, es, pues, homogeneidad respecto a la subdivisión.
En cambio, un material heterogéneo es una mezcla en la que cada porción homogénea de la misma constituye lo que se denomina una fase. Una roca de granito, por ejemplo, es un material heterogéneo en el que se pueden observar a simple vista distintos componentes: partículas pequeñas y oscuras de mica, cristales de cuarzo duros y transparentes, y cristales oblongos y grises de feldespato. Cada fase de una mezcla presenta distintas propiedades y la separación de las mismas puede en general realizarse por medios mecánicos.
Sustancia pura y disolución
Una sustancia pura o especie química es una fase homogénea de composición constante. Si la composición de una fase homogénea puede variar se habla de disoluciones. Las disoluciones pueden ser de distintos tipos, pero las más comunes son de un sólido en un líquido; por ejemplo, de sal común en agua.
La composición de una sustancia o cuerpo puro no varía con los cambios de estado. Así, el agua tiene la misma composición en forma de hielo, de agua líquida o de vapor. Si se varía la presión, la temperatura de fusión (o solidificación) de una sustancia pura también varía, pero tampoco en este caso cambia la composición del líquido (o sólido) que se obtiene. En cambio, la composición de una disolución sí varía con los cambios de estado o con los cambios de presión y temperatura. Por ejemplo, si se enfría una disolución en agua caliente de sal común, parte de la sal precipita, ya que la sal es más soluble en agua caliente que en agua fría.
Una disolución puede variar su composición luego de un cambio de estado.
Elementos y compuestoS químicos
El agua y el azufre, por ejemplo, son sustancias puras, pero la primera es un compuesto y la segunda es un elemento o, en otras palabras, la molécula de agua está formada por dos átomos de distinto tipo (hidrógeno y oxígeno), mientras que la molécula de azufre está formada únicamente por átomos de azufre. Si sometemos el agua a cambios de estado, su composición no varía (es una sustancia pura), pero por medios químicos podemos descomponerla en hidrógeno y oxígeno, sus elementos constituyentes. Esto puede lograrse, por ejemplo, haciendo pasar vapor de agua sobre hierro calentado al rojo: el hierro extraerá el oxígeno de las moléculas de agua dando origen a la formación de un óxido de hierro, mientras que el hidrógeno quedará libre.
Con el azufre es imposible hacer algo así: podemos calentarlo y su molécula pasará de una forma (alotrópica) a otra, pero seguirá estando formada únicamente por átomos de azufre. También podemos intentar hacerlo reaccionar con otro elemento o con un compuesto, pero siempre tendremos lo mismo: azufre que no ha entrado en combinación o bien azufre que se ha combinado con otros elementos, nunca dos componentes distintos de esa sustancia que a la que llamamos azufre, por la simple razón de que se trata realmente de un elemento químico y, por lo tanto, está constituido por un único tipo de átomos.
Disoluciones
Las disoluciones o soluciones son sistemas formados de dos componentes: el disolvente y el soluto.
Se llama disolvente al componente más abundante, y soluto al que se halla en menor cantidad; sin embargo, en la práctica, en muchos casos no queda claramente delimitado cuál de los componentes es el soluto y cuál el disolvente.
En el lenguaje corriente, cuando se habla de disoluciones se suele hacer referencia a disoluciones de un soluto sólido en un disolvente líquido (casi siempre agua, con mucho el más común de los disolventes de sustancias inorgánicas), pero de hecho hay otros ocho tipos de disoluciones, ya que tanto el soluto como el disolvente pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso.
En una solución solo se distingue una fase de la materia.
La mayoría de las reacciones químicas se producen con las sustancias reaccionantes disueltas, y para el reconocimiento de una sustancia o la determinación de algunas de sus características a menudo es conveniente recurrir a su disolución. De ahí la gran importancia que posee su estudio. Por ahora sólo indicaremos que conviene distinguir entre disoluciones diluidas (poco soluto), concentradas (bastante cantidad de soluto) y saturadas (aquellas en que el disolvente no puede admitir más soluto). En disolución acuosa muchos compuestos se ionizan y entonces estas disoluciones son conductoras de la electricidad.
Disolventes fundamentales para el químico son: el agua, el agua destilada, los ácidos y bases inorgánicos, la bencina, el alcohol ordinario, la acetona, el éter, el sulfuro de carbono, etcétera.
Dispersiones coloidales
La distinción entre mezcla y disolución a partir de su homogeneidad o heterogeneidad es muy precisa en el ejemplo del granito y puede asimismo ser suficientemente precisa en el caso de las suspensiones. Un ejemplo de suspensión puede ser la de arena muy finamente pulverizada mezclada en agua: a diferencia de lo que ocurriría si se tratase de una disolución, la arena acaba por depositarse, aunque lo hará tanto más lentamente cuanto menores sean las partículas. La explicación de este diferente comportamiento estriba en que en una suspensión las partículas están constituidas por agrupaciones de un número muy grande de moléculas, mientras que en una disolución las partículas son moleculares.
Un caso menos evidente es el de las dispersiones coloidales, en las que las partículas tienen un tamaño que, aun siendo considerablemente superior al de las partículas en disolución, es muy inferior al de las partículas de las suspensiones, hasta el punto de que las partículas coloidales pasan a través de todos los filtros corrientes y no se depositan ni siquiera después de un período de reposo prolongado. Para fijar ideas, se puede afirmar que si el tamaño de las partículas es mayor que 0,2 (micras, siendo 1 = 10-3 mm) nos hallamos ante una suspensión; cuando está comprendido entre 0,2 y 1 m (milimicra, 10-6 mm), se trata de una dispersión coloidal, y si es menor que 1 m, se puede hablar propiamente de disolución. En el caso de las dispersiones coloidales, se habla de fase dispersa y de medio de dispersión, conceptos equivalentes a los de soluto y disolvente usados en el caso de las disoluciones. Como en el caso de las disoluciones, existen nueve tipos distintos de dispersiones coloidales, correspondientes a los tres posibles estados de la fase dispersa y del medio dispersante.
Separación de mezclas heterogéneas
En muchas ocasiones, tanto en el laboratorio como en la industria, se plantea la necesidad de separar los distintos componentes de una mezcla. Entre las distintas técnicas que se emplean con este fin cabe mencionar las siguientes:
Para separar sólidos de líquidos:
Separación por decantación, que consiste en dejar que el sólido acabe por depositarse en el fondo de un recipiente (en ocasiones, la decantación puede acelerarse por centrifugación);
Separación por filtración, en la que se utiliza un material (papel de filtro, porcelana porosa, etc.) que por el tamaño de sus poros permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas;
Separación por centrifugación, basada en que las partículas en suspensión o en dispersión resultan afectadas por la fuerza centrífuga, con lo que tienden a escapar de la masa del líquido (esta técnica se emplea, por ejemplo, en la industria azucarera).
Para separar sólidos de sólidos:
Separación magnética, utilizable para extraer, por ejemplo, partículas de hierro o de otro metal ferromagnético de una mezcla;
Separación por levigación, que se basa en someter la mezcla a un chorro de agua, que arrastra con mucha mayor facilidad las partículas menos densas (se usa, por ejemplo, para separar una mezcla de arena y oro, aprovechando que este último es mucho más denso);
Separación por disolución, que puede usarse, por ejemplo, para extraer la sal de una mezcla de arena y sal: se añade agua, con lo que la sal se disuelve, y después, tras filtrar la disolución, el agua se evapora, con lo que la sal precipita.
Para separar líquidos inmiscibles:
Separación por centrifugación, según el principio ya explicado (también se emplea para la separación de emulsiones);
Separación por decantación, que en este caso suele hacerse usando un embudo de decantación, el cual, al abrir su llave, permite la salida del líquido de mayor densidad.
Separación de disoluciones
La separación de los diversos componentes de una disolución es más difícil que la de los componentes de una mezcla, ya que en este caso los medios puramente mecánicos no son efectivos y es preciso recurrir al calentamiento de la disolución para llevar a cabo la separación a partir del vapor:
Disolución de un sólido en un líquido: separación por evaporación, que se realiza calentando la disolución en una vasija abierta y poco profunda, con lo que, al irse evaporando el líquido, la disolución se va concentrando y, si se prosigue hasta la total evaporación del líquido, se obtiene el soluto precipitado.
Disolución de un líquido en otro: separación por destilación simple, aplicable cuando los puntos de ebullición de los dos líquidos son notablemente diferentes y en la que se procede calentando la disolución hasta una temperatura algo superior al punto de ebullición del líquido más volátil y condensando por enfriamiento el vapor recogido.
Disolución de varios líquidos en otro líquido: separación por destilación fraccionada, que se basa en que cada líquido tiene un punto de ebullición distinto; puede realizarse en una sola operación mediante las llamadas columnas de fraccionamiento, tal como se hace en el caso del petróleo crudo.
La potencia, de forma genérica es la capacidad o posibilidad para realizar o generar algo. Una potencia es también una persona, una entidad, estado o nación que posee una gran influencia, fuerza o poder. Sin embargo, tiene varios usos y significados en distintos ámbitos como la Física, las Matemáticas y la Filosofía.
Potencia en física
En Física, potencia es la cantidad de trabajo (fuerza o energía aplicada a un cuerpo) en una unidad de tiempo. Se expresa con el símbolo ‘P’ y se suele medir en vatios o watts (W) y que equivale a 1 julio por segundo. Una fórmula para calcular la potencia es P = T / t, donde ‘T’ equivale a ‘trabajo’ (en julios) y ‘t’ se corresponde con el ‘tiempo’ (en segundos).
La potencia es la cantidad de fuerza o energía aplicada a un cuerpo en un período de tiempo.
La potencia eléctrica: la potencia eléctrica es la cantidad de energía que emite o absorbe un cuerpo en una unidad de tiempo. La medición de la potencia eléctrica de consumo de un dispositivo eléctrico doméstico en kilovatios por hora (kW/h).
La potencia reactiva es un tipo de potencia eléctrica que aparece en instalaciones de corriente alterna, asociada a la generación de campos magnéticos y disipada por las cargas reactivas (bobinas y condensadores). Se representa con la letra ‘Q’ y la unidad de medida que se suele utilizar es el voltiamperio reactivo (VAr).
La potencia mecánica: la potencia mecánica es la cantidad de fuerza aplicada a un cuerpo en relación a la velocidad con que se aplica. Una de las fórmulas para hallarla es: P = F · v. Por lo tanto, se multiplica la fuerza (F) expresada en newtons (N) por la velocidad (v) expresada en metros por segundo (m/s).
Potencia en Matemática
Una potencia es una expresión matemática que indica la multiplicación de un número por sí mismo tantas veces como indica su exponente. Una potencia aparece representada como un número pequeño escrito a la derecha y arriba acompañando a un número (base).
Un ejemplo de potencia es 72. El número 7 es la base y el 2 es el exponente (también llamado índice o simplemente, potencia). Esta potencia equivaldría a la multiplicación 7 x 7.
Potencia en Filosofía
El concepto de potencia es uno de los objetos de estudio de la Filosofía. La filosofía aristotélica define este término como la “capacidad de ser” en el futuro, en oposición al concepto de “acto”.
En Filosofía también se habla de potencia del alma para referirse a una facultad o capacidad del alma. Según algunas posturas, se consideran tres potencias del alma (memoria, entendimiento y voluntad) que permiten al ser humano recordar, conocer y querer, respectivamente.
Un conjunto de átomos enlazados de un modo especifico que genera un conjunto de propiedades químicas que caracterizan a una familia de compuestos. Los compuestos que poseen el mismo grupo funcional se concentran en una misma familia y en química orgánica existen decenas de familias. En este artículo analizaremos cada una de las familias de compuestos orgánicos.
Alcanos
Grupo de compuestos formados únicamente por carbonos e hidrógenos unidos mediante enlaces simples, de modo que todos los carbonos de un alcano poseen hibridación sp3. Los representantes más simples de esta familia son el metano, el etano, el propano, y el butano, que son gases empleados como combustibles domésticos e industriales. En la forma general, los alcanos se representan como R-H.
Los compuestos orgánicos están formados por moléculas compuestas por átomos de carbono y oxígeno.
Alquenos
Familia de compuestos que contienen un doble enlace entre carbonos, el resto son enlaces simples a otros carbonos e hidrógenos. El eteno, propeno y buteno son ejemplos de alquenos. En forma general, los alquenos se representan como: CnH2n
Cabe señalar que en la formula general, los carbonos con doble enlace pueden estar unidos a un grupo R y a un, o también a dos grupos R o incluso a dos hidrogenos; en este último caso se tratará de la molécula del eteno, un gas que se utiliza para hacer madurar frutos, como anestésicos y también como precursor del polietileno.
Alquinos
Son moléculas que contienen triple enlace de carbonos el resto de los enlaces son simples ya sea entre carbonos o de estos con hidrógenos. Su representación general es: CnH2n-2
Aldehídos
En el extremo de la molécula contiene un carbonilo unido a un hidrogeno. El grupo
carbonilo es un carbón unido a oxigeno mediante un doble enlace (C=O).
Cetonas
También poseen un grupo carbonilo pero éste se encuentra en su interior de la cadena de modo que está directamente unido a dos átomos de carbono a diferencia de los aldehídos en las cetonas el carbono carboxílico no cuenta con uniones a átomos de hidrogeno.
Alcoholes
Se caracterizan por tener un grupo OH hidroxilo unido mediante un enlace simple a un carbono. Se representan en forma general como R-OH.
Seguramente es familiar la palabra alcohol, ya que uno de ellos, el etanol, es el famoso alcohol de farmacia y también el que contienen las bebidas alcohólicas y algunos otros alimentos y medicamentos.
El alcohol que poseen las bebidas alcohólicas es el etanol.
Éteres
Molécula que contiene oxígeno en su estructura, unido mediante enlace simple a dos carbonos de modo que forma parte de una cadena carbonatada. Dicho de otra forma, el oxígeno se encuentra en medio interrumpiendo la cadena de carbonos. Su fórmula general es R-O-R.
Ácidos carboxílicos
Estas moléculas también contienen un grupo carbonilo en el extremo de la molécula que está unido a un grupo hidroxilo. A la combinación entre el grupo carbonilo y el hidroxilo se le conoce como grupo carboxilo y es propio de esta familia de compuestos.
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