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, entre 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.
Las sales se clasifican en binarias o haloideas, ternarias y cuaternarias. Son compuestos muy abundantes, todas son sólidos cristalinos a temperatura ambiente y sus iones se distribuyen con una forma determinada.
Las sales son compuestos iónicos, es decir, están formadas por cationes (iones con carga positiva) y aniones (iones con carga negativa). Las sales se producen al hacer reaccionar una base con un ácido, siendo la base quien proporciona el catión y el ácido quien otorga el anión.
FORMACIÓN DE SALES BINARIAS
METAL + NO METAL → SAL BINARIA
Las sales binarias o haloideas están formadas por un catión (elemento metálico que ha perdido electrones)y un anión que puede provenir de un hidrácido.
La sal cloruro de sodio está compuesta por dos elementos: cloro (no metal) y sodio (metal). El cloro aporta el anión Cl– y el sodio el catión Na+.
El Na tiene número atómico 11 y el Cl 17, dicho número permite la ubicación de estos elementos en la tabla periódica e indican la cantidad de protones con los que cuenta cada elemento.
formación de sales
Las sales se producen mediante la neutralización de un ácido con un hidróxido, las reacciones de neutralización producen sal y agua.
ÁCIDO + HIDRÓXIDO → SAL + AGUA
Las sales obtenidas pueden ser:
Neutras
Ácidas
Básicas
Mixtas
Sales neutras
Se obtienen cuando todos los hidrógenos del ácido son reemplazados por un metal que proviene del hidróxido.
Sales haloideas (binarias)
HIDRÁCIDO + HIDRÓXIDO → SAL HALOIDEA + AGUA
ácido clorhídrico + hidróxido de sodio → cloruro de sodio + agua
HCl (ac) + NaOH (ac) → Na+Cl– + H2O
SOLUCIÓN ACUOSA (ac)
Las letras (ac) indican que un compuesto se encuentra en solución acuosa, también puede escribirse (aq). Esto significa que dichas sustancias se pueden expresar como disociadas en sus iones.
Ej: H+Cl– + Na+OH– → Na+Cl– + H2O
Los H+ del ácido reaccionan con los OH– del hidróxido formando el agua.
RECORDAR: Para nombrar sales binarias se escribe el no metal con la terminación “uro” y finalmente se escribe nombre del metal. (Se nombra desde el elemento que se encuentra a la derecha del compuesto hacia la izquierda). Ej:
La fluorita está compuesta por fluoruro de calcio, CaF2, una sal binaria.
Sales oxigenadas u oxosales (ternarias)
OXOACIDO + HIDRÓXIDO → OXOSAL + AGUA
ácido nítrico + hidróxido férrico → nitrato férrico + agua
HNO3 + Fe(OH)3 →Fe(NO3)3 + H2O
El anión NO3– junto al catión Fe+3 forman la sal Fe(NO3)3. Se escribe primero el catión, luego el anión y se intercambian los números de oxidación.
REGLAS PARA NOMBRAR SALES
El nombre de una sal es un derivado del ácido del cual proviene, por ello es necesario conocer la nomenclatura de ácidos antes de comenzar a nombrar sales.
La reglas para nombrar sales son las siguientes:
Nomenclatura tradicional: Cambiar la terminación del ácido del cual proviene la sal (oxoácido o hidrácido) según el siguiente criterio:
TERMINACIÓN DEL ÁCIDO
TERMINACIÓN DE LA SAL
oso
ito
ico
ato
hídrico
uro
Nomenclatura por numerales de Stock (recomendada por la IUPAC): Se escribe el nombre del ion correspondiente seguido del número de oxidación y finalizando con las palabras con el nombre del metal, junto a su valencia. Ej: Fe(NO3)3 se nombra nitrato (V) de hierro (III).
ALGUNOS EJEMPLOS DE NOMENCLATURA
En la siguiente tabla se puede observar que las primeras columnas corresponden a los ácidos que dan origen a las sales:
COMPUESTO
NOMENCLATURA
COMPUESTO
NOMENCLATURA
ÁCIDO
TRADICIONAL
STOCK
SAL
TRADICIONAL
STOCK
H2CO3
ácido carbónico
carbonato de hidrógeno
CaCO3
carbonato de calcio
carbonato de calcio
H2SO3
ácido sulfuroso
sulfato (IV) de hidrógeno
FeSO3
sulfito ferroso
sulfato(IV) de hierro(II)
Para no confundirse con la nomenclatura de los iones, es recomendable utilizar la siguiente tabla que contiene algunos de ellos:
ANIÓN
NOMENCLATURA TRADICIONAL
NOMENCLATURA STOCK
CO32-
ion carbonato
ion hidrógenocarbonato
HCO3–
ion bicarbonato
ion bicarbonato
SO32-
ion sulfito
ion sulfato (IV)
SO42-
ion sulfato
ion sulfato (VI)
NO2–
ion nitrito
ion nitrato (III)
NO3–
ion nitrato
ion nitrato (V)
Cl–
ion cloruro
ion cloruro
CLO-
ion hipoclorito
ion clorato (I)
CLO2–
ion clorito
ion clorato (III)
CLO3–
ion clorato
ion clorato (V)
CLO4–
ion perclorato
ion clorato (VII)
Cristal de calcita, mineral formado por una oxosal: CaCO3, carbonato de calcio.
sales ácidas
Son sales cuaternarias, resultan de la reacción de una base con un ácido, en la misma se neutralizan parcialmente los hidrógenos sustituibles del ácido. Por lo tanto, los ácidos deben tener dos o más hidrógenos sustituibles en su composición. Por ejemplo el H2SO4.
ÁCIDO + HIDRÓXIDO → SAL ÁCIDA + AGUA
ácido sulfúrico + hidróxido de sodio → sal ácida + agua
H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O
Se analiza la composición de la sal y se identifican sus iones:
Nomenclatura tradicional: Se escribe como si fuese una sal neutra, pero se le agrega la palabra ácido en el medio.
Ej:
Na2SO4 : sulfato de sodio (sal neutra) → NaHSO4 : sulfato ácido de sodio (sal ácida)
El carbonato ácido de sodio (NaHCO3) también denominado bicarbonato de sodio se utiliza para la elaboración de levadura artificial, utilizada en algunos panificados.
Nomenclatura de Stock: Se antepone la palabra hidrógeno al nombre de la sal y se indica con prefijos numerales el número de átomos de hidrógeno que queda sin sustituir.
Ej:
NaHSO4: hidrógeno sulfato de sodio
NaH2PO4: dihidrógeno fosfato de sodio (como hay dos hidrógenos sin sustituir se utiliza el prefijo “di”)
sales básicas
Son sales cuaternarias compuestas por no metal, H, O y metal. Se producen cuando en una neutralización existe exceso de hidróxido con respecto al ácido, por dicho motivo poseen más de un grupo hidróxido.
ÁCIDO + HIDRÓXIDO (exceso) → SAL BÁSICA + AGUA
ácido nítrico + hidróxido de magnesio → nitrato básico de magnesio + agua
HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(OH)NO3 + H2O
Nomenclatura tradicional: se nombra igual que a las sales neutras, pero colocando intermedia la palabra “básico”. En caso de que haya más de un grupo OH– se escriben los prefijos di, tri, tetra, etc.
Ej: Ni2(OH)4SO3 sulfito tetrabásico niquélico
Nomenclatura de Stock: se nombra en orden alfabético anión-hidróxido. La palabra hidróxido se escribe con el prefijo numeral correspondiente para indicar la cantidad de hidróxidos presentes en el compuesto.
Ej: Ni2(OH)4SO3 tetrahidróxido sulfito de niquel (III)
Las tiras indicadoras de pH se utilizan para determinar la acidez o basicidad de una sustancia.
sales mixtas
Son sales que contienen dos cationes, se debe escribir el catión de carga más baja primero y luego se nombra el anión. El resto de las reglas de nomenclatura es la misma que para otras sales.
Nomenclatura tradicional:
Para una sal compuesta por dos cationes y un anión se escribe el anión seguido de los metales, escritos en orden alfabético y utilizando los prefijos (di, tri, tetra, etc.) si hay más de uno de ellos.
Ej: AgK(NO3)2 nitrato de plata y potasio
Cuando la sal se conforma por un catión y dos aniones, se escriben los aniones con terminación uro en orden alfabético y se finaliza con el nombre del metal con terminación “oso” e “ico” si se requiere.
Ej: BaBrCl bromuro cloruro de bario
Nomenclatura por numerales de Stock:
Si se trata de dos cationes y un anión, se escribe el nombre iniciando con el numeral que indica cantidad de oxígenos (di, tri, tetra, etc.), seguido del prefijo “oxo”. Se continúa con el ion correspondiente junto al número de valencia relacionado con el mismo. Finalmente, se escriben los metales en orden alfabético e indicando con prefijos si hay más de uno de cada especie.
Ej: AgK(NO3)2 trioxonitrato(V) de plata y potasio
Para el caso de una sal compuesta por un catión y dos aniones, se nombra
Ej: BaBrCl bromuro cloruro de bario
A PRACTICAR LO APRENDIDO
Clasificar las siguientes sales en neutras, ácidas, básicas y mixtas.
a) KF
b) CaNa2(SO4)2
c) KClO4
d)FeHPO4
2. Nombrar las sales del ejercicio anterior (preferentemente por numerales de Stock).
respuestas
a) sal neutra
b) sal mixta
c) sal neutra
d) sal ácida
2.
a) fluoruro de potasio (las sales haloideas poseen una única nomenclatura).
b) tetraoxosulfato (IV) de calcio y disodio
c) clorato (VII) de potasio
d) hidrógeno fosfato de hierro(II)
¿Sabías qué...?
Las estalactitas y las estalagmitas de las cavernas son carbonato de calcio, su proceso de formación se desarrolla en cientos o miles de años.
Detengámonos un segundo y observemos a nuestro alrededor. Todo lo que nos rodea es materia: la revista, la mesa, el agua, el aire, etc. Si estudiamos más a fondo podremos determinar cuáles son sustancias puras, es decir cuáles están formadas por un elemento, cuáles son compuestos y cuáles son mezclas.
La materia la podemos encontrar en la naturaleza en forma de sustancia pura y de mezcla. Las sustancias puras son aquéllas cuya naturaleza y composición no varían sea cual sea su estado. Se dividen en dos grandes grupos: elementos y compuestos.
Los elementos químicos son una sustancia que por ningún procedimiento, ni físico ni químico, pueden separarse o descomponerse en otras sustancias más sencillas. Cada elemento químico está constituido por átomos y se los puede clasificar en metales y no metales. En la tabla periódica se encuentran ordenados de acuerdo a las propiedades que poseen cada uno de ellos. Ejemplos de elementos químicos son: hidrógeno, nitrógeno, carbono, magnesio, hierro, oxígeno, etc.
Bueno, ya sabemos qué es un elemento químico; ahora nos resta definir el concepto compuesto químico. ¿Se pueden imaginar de qué se trata?
Un compuesto químico es una sustancia que resulta de la unión de dos o más elementos químicos. El ejemplo tradicional es el agua (H2O) que tiene dos átomos de hidrogeno y uno de oxígeno. Esto significa que en un compuesto hay átomos de diferentes elementos unidos mediante fuerzas que denominamos enlaces químicos.
A diferencia de los elementos, los compuestos se pueden separar por procedimientos químicos. En el caso del agua, podemos separar el hidrógeno del oxígeno. ¿Cómo? Por medio de la electrólisis.
La electrólisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergida en la disolución. De este modo se pueden separar los elementos: hidrógeno y oxígeno.
Por último, las mezclas son la combinación de dos o más sustancias que no establecen enlaces químicos entre sus componentes. Se clasifican en homogéneas, sus componentes no se pueden distinguir a simple vista y en heterogéneas donde sus componente si se ven a simple vista.
Abreviatura de algunos elementos químicos.
PRINCIPALES COMPUESTOS
Los óxidos, sales, ácidos y bases son los principales compuestos que resultan de diferentes reacciones químicas, las cuales se producen por la tendencia de los elementos a enlazarse unos con otros en infinitas variantes.
• Óxidos
Óxido, es un término que procede de un vocablo griego y significa “ácido”. Se trata de un compuesto binario del oxígeno con otro elemento. El oxígeno se puede combinar directamente con todos los elementos, excepto con los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón), los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y ástato.) y algunos de los metales menos activos, como el cobre y el mercurio.
Los óxidos no metálicos se forman cuando se combina un no metal con el oxígeno. Por ejemplo: CO2 (dióxido de carbono), SO3 (trióxido de azufre), CO (monóxido de carbono), SO2 (dióxido de azufre). Este tipo de compuestos tienen punto de fusión y ebullición muy bajo. Se les conoce también como óxidos ácidos.
Por el contrario, los óxidos metálicos resultan de la combinación del oxígeno con un elemento metálico. Por ejemplo: Fe2O3 (óxido de hierro), Li2O (óxido de litio), Ag2O (óxido de plata), CaO (óxido de calcio).
Las herramientas de hierro o acero se oxidan cuando están expuestas al oxígeno y al agua durante un periodo de tiempo.
• Sales
Son compuestos químicos formados por cationes (iones con carga positiva) enlazados a aniones (iones con carga negativa).
Por ejemplo, la sal de mesa, también llamada sal común o simplemente sal; químicamente se denomina cloruro de sodio y su fórmula es NaCl. Es el producto de la base hidróxido sódico (NaOH) y ácido clorhídrico, (HCl).
La sal se halla ampliamente distribuida en la naturaleza. Se encuentra diluida en el agua de los océanos, ríos y lagos. Se la puede encontrar formando capas en pantanos y en el fondo de lagos secos, sobre todo en zonas extremadamente áridas.
Las principales propiedades de las sales típicas son: punto de fusión alto, baja dureza, y baja compresibilidad. Fundidos o disueltos en agua son conductores de electricidad.
El modo más simple de obtener sal en zonas próximas a los mares es por evaporación del agua salada, sin embargo, este método es costoso. Generalmente se extrae de depósitos subterráneos mediante técnicas de minería o a través de pozos excavados en dichos depósitos. Estas concentraciones de sal se forman debajo de la tierra cuando las capas de sal externa fueron enterradas por otros sedimentos.
Extracción de sal en La Palma, Islas Canarias.
• Ácidos y bases
La palabra ácido proviene del latín y significa agrio. Por ejemplo, el vinagre debe su sabor al ácido acético. Los ácidos son sustancias que liberan cationes hidrógeno y su fórmula lleva siempre al menos un átomo de hidrógeno. En tanto, la sosa, el amoniaco o la cal tienen unas propiedades contrarias a los ácidos y reciben el nombre de bases o álcalis.
Los científicos a lo largo de la historia han dado diversas definiciones:
Savane Arrhenius (1880): “Los ácidos y bases son sustancias que pueden donar protones (H+) o iones hidróxido (OH–), respectivamente”. Arrhenius, definió a los ácidos como “electrolitos que contienen hidrógeno y que, disueltos en agua, producen una concentración de iones hidrógeno o protones, mayor que la existente en el agua pura” y a las bases como “una sustancia que disuelta en agua producía un exceso de iones hidróxido, OH– (también llamados aniones hidroxilo)”. Luego se comprobó que estas definiciones eran incompletas.
Johannes Brönsted y Thomas Lowry (1923): “Sustancia ácida es aquella que puede donar protones (H+) y base aquella que puede aceptar protones (H+)”. En esta definición aún se contempla la presencia de hidrógeno en el ácido, pero ya no se necesita un medio acuoso.
Gilbert Lewis: “Un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par”. El amoníaco es una base de Lewis típica y el trifluoruro de boro un ácido de Lewis típico. La reacción de un ácido con una base de Lewis da como resultado un compuesto de adición. De esta forma se incluyen sustancias que se comportan como ácidos pero no cumplen la definición de Brönsted y Lowry, y suelen ser denominadas ácidos de Lewis.
La reacción entre un ácido y una base se denomina neutralización. En otras palabras podemos decir que una reacción de neutralización es aquella en la que un ácido y una base en solución acuosa, interactúan para producir agua y una sal.
Durante la neutralización, los iones H y OH reaccionan entre sí para producir agua, al tiempo que los iones restantes, es decir, los pares conjugados del ácido y la base, generan la sal. Sin embargo, por lo general estos iones continúan disociados en solución acuosa, por lo que la sal, como tal, no se forma sino hasta que el agua es retirada, por ejemplo, por evaporación.
La concentración de un ácido o base se puede determinar mediante una valoración que se mide en pH.
Propiedades de los ácidos
Propiedades de las bases
Tienen sabor ácido como el caso del ácido cítrico de una naranja.
Neutralizan la acción de las bases.
Dan color de rojo el tornasol.
Producen quemaduras en la piel.
Son buenos conductores de electricidad en disoluciones acuosas.
Son corrosivos.
Reaccionan con metales activos formando una sal e hidrógeno.
Reacciona con bases para formar una sal mas agua.
Disuelven sustancias.
Tienen sabor amargo o cáustico.
Neutralizan la acción de los ácidos.
Dan color azul a ciertos colorantes vegetales.
Son jabonosas al tacto.
Son buenas conductoras de electricidad en disoluciones acuosas.
Son corrosivos.
Reacciona con los óxidos no metálicos para formar sal y agua.
Reaccionan con los ácidos formando una sal y agua.
Disuelven grasas y el azufre.
¿Qué es el pH?
Significa potencial de hidrógeno, es un indicador de la acidez de una sustancia. Está determinado por el número de iones libres de hidrógeno (H+) en una sustancia. La escala va de 0 a 14 unidades, correspondiendo el valor de 7 a la neutralidad. Las sustancias ácidas tienen un pH menor a 7 y las básicas o alcalinas, mayor a 7.
La concentración de iones hidrógeno es importante parámetro tanto de las aguas naturales como de las aguas residuales. De acuerdo al pH que posea dependerá la posibilidad de vida biológica en ese medio, un pH muy ácido o muy alcalino puede ser indicio de una contaminación industrial.
Las bases se emplean en la fabricación de jabones a partir de grasas y aceites.
Ahora que ya sabes el concepto de ácido ¿Sabías que hay lluvias ácidas?
Como ya mencionamos anteriormente los ácidos son capaces de ceder átomos de hidrógeno. Existen lluvias que tienen estas características. ¿Cómo se generan?
Cuando se quema nafta, aceite, carbón y hasta el tabaco de un cigarrillo, se producen gases como el dióxido de nitrógeno y el trióxido de azufre que tienen la capacidad de reaccionar con las moléculas de agua presentes en la atmósfera y formar ácido muy corrosivos como el sulfúrico, nítrico y nitroso. Cuando el viento, la lluvia o el granizo arrastran los ácidos éstos llegan al suelo. En esta instancia reaccionan con los materiales y los seres vivos afectándolos negativamente.
La lluvia que se produce en lugares sin contaminación tiene un valor de pH de entre 5 y 6. En cambio cuando el aire se vuelve más contaminado con los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre, la acidez puede aumentar a un valor pH de 3.
Cuando aumenta el nivel de acidez de las aguas de ríos y lagos se generan grandes cambios en la vida acuática. Algunas especies de plantas y animales logran adaptarse a las nuevas condiciones de mayor acidez y otras no.
La principal dificultad de las definiciones de ácido y base de Brönsted y Lowry es que solo pueden aplicarse a reacciones que implican la transferencia de un protón, por lo que para que una sustancia pueda actuar como un ácido en el sentido de la definición de Brönsted-Lowry debe contener en su molécula un átomo de hidrógeno ionizable.
Sin embargo, hay muchas reacciones en las que una sustancia que de acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry no sería un ácido se comporta realmente como tal en el sentido más clásico del término (el de formador de sales). Así, por ejemplo, en ausencia de disolvente y, por lo tanto, sin que exista transferencia de protones, el dióxido de carbono, CO2, reacciona con un óxido básico como el óxido de calcio, CaO, para formar una sal:
CaO + CO2 CaCO3
El problema estriba esencialmente en el injustificado papel especial que la teoría de Brönsted-Lowry otorga al protón. Para superar esta dificultad, Lewis propuso en 1923 un innovador concepto de ácido y base. El nuevo punto de vista no tuvo apenas eco en el mundo científico hasta que el propio Lewis volvió a presentar sus ideas más ampliamente desarrolladas en 1938. De acuerdo con esta teoría, un ácido es toda sustancia (molecular o iónica) que puede aceptar un par de electrones, y una base toda sustancia que puede ceder un par de electrones. En otras palabras, un ácido debe tener su octeto de electrones incompleto y una base debe poseer un par de electrones solitarios. Entonces, la unión de un ácido y una base corresponde a la formación de un enlace covalente dativo o coordinado.
El concepto de base propuesto por Lewis coincide esencialmente con el de Brönsted-Lowry, ya que para que una sustancia pueda aceptar un protón (es decir, comportarse como base en el sentido de Brönsted-Lowry) debe poseer un par de electrones no compartidos. Por ejemplo, la molécula de agua, H2O, y el ion cloruro, Cl–, que pueden aceptar un protón, tienen las siguientes estructuras electrónicas:
o sea, que poseen un par de electrones no compartidos que pueden emplear para aceptar un protón, formando, respectivamente, el ion H3O+ y la molécula HCl:
Evidentemente, tanto el agua como el ion cloruro pueden comportarse como bases de Lewis cediendo un par de electrones no compartidos a un ácido. Vemos, pues, que, respecto al concepto de base de la teoría de Brönsted-Lowry, el concepto propuesto por Lewis no amplía de forma significativa el número de compuestos que pueden ser considerados como bases.
Sin embargo, el caso es radicalmente distinto para el concepto de ácido. Para empezar, hay sustancias que son ácidos de acuerdo con la definición de Brönsted-Lowry y que no lo son en el sentido de Lewis. Por ejemplo, para Lewis el HCl no es realmente un ácido sino la combinación de un ácido (H+) y una base (Cl–); ya vimos que el ion Cl– es una base tanto según la definición de Brönsted-Lowry como de Lewis y ahora justificaremos que el ion H+ es un ácido en el sentido de Lewis mediante la reacción:
H+ + H2O H3O+
En la que el H+ acepta un par de electrones de la molécula de agua para formar un ion H3O+, y se comporta por lo tanto, como un ácido. También deben ser considerados como ácidos en el sentido de Lewis los cationes metálicos, que aceptan pares de electrones al hidratarse o solvatarse. Y, volviendo a la reacción que escribimos más arriba entre el dióxido de carbono y el óxido de calcio:
CaO + CO2 CaCO3
También aquí debemos considerar que el CO2 es un ácido en el sentido de Lewis, ya que en esta reacción el átomo de carbono del CO2 acepta en covalencia dativa un par de electrones cedidos por el átomo de oxígeno del CaO:
El modelo de Lewis se utiliza en química orgánica para explicar el comportamiento catalítico de algunos compuestos que son ácidos de Lewis, pero, en general, cuando se estudian reacciones que tienen lugar en disolución acuosa o simplemente que implican una transferencia de protones, la generalización propuesta por Lewis resulta innecesaria y los químicos razonan en estos casos a partir de los conceptos de Arrhenius o de Brönsted-Lowry.
Gilbert N. Lewis (1875-1946)
Físico y químico estadounidense. Fue profesor en la Universidad de California, en la que introdujo la termodinámica como asignatura a principios de siglo. Publicó un libro de texto en 1923 que llegó a ser un libro clásico sobre termodinámica que incluía todos los avances del momento. Estudió el enlace covalente y, en 1926, propuso el nombre de fotón para el cuanto de energía electromagnética.
El descubrimiento de lo que hoy en día se conoce como fuegos artificiales o juegos pirotécnicos data del siglo XII en China, relacionándosele con la aparición de la pólvora negra. Posteriormente su uso se fue expandiendo a nivel mundial y con esto se fue perfeccionando su técnica, pero no es hasta el siglo XIII cuando llega a Europa.
Hasta el siglo XIX los fuegos artificiales eran exclusivamente de color amarillo, por lo que se dice que eran monocromos (con un sólo color), esta coloración se la proporcionaba la mezcla de sus componentes con sodio. Sin embargo, en Europa (España e Italia, principalmente) los maestros pirotécnicos trabajaban aislados y en secreto desarrollando nuevas técnicas para lograr un mayor impacto visual en el público, obteniendo así la coloración roja al adicionar estroncio en la mezcla. Cuando incorporaron diferentes sales de clorato, para formar a partir de ellas los cloruros, se obtuvo la gran gama de colores que hoy en día conocemos.
En sí, los fuegos artificiales son producidos y funcionan como resultado de la mezcla de diferentes compuestos químicos que reaccionan entre sí bajo ciertos requerimientos, entre ellos la presencia de oxígeno necesaria para la combustión.
Se llama combustión a la unión de dos componentes (combustible y comburente) que forman nuevas sustancias al reaccionar, generando de esta forma luz y calor.
La pólvora negra produce gran cantidad de humo y residuos al quemarse.
La pólvora negra, ya sea pulverizada (polvorín) o no, es el compuesto más empleado para acelerar el proceso de combustión en los fuegos artificiales, ya que el nitrato, uno de sus constituyentes, proporciona el oxígeno necesario para la combustión completa en un espacio carente de aire.
Molécula de Dióxido de Carbono (CO2).
Estas sustancias comienzan a reaccionar cuando se enciende la mecha del dispositivo del fuego artificial, en dicho momento se produce una reacción de transferencia de electrones, en la que los átomos del combustible aportan electrones a los átomos del oxidante y se mezclan con el oxígeno, de tal forma que los nuevos enlaces que se forman son más estables que los iniciales y por ello se libera energía en forma de luz y calor.
Las mechas tienen una longitud adecuada, para permitir que la persona pueda retirarse antes de la explosión.
¿Sabías qué...?
Los fuegos artificiales deben ser almacenados en lugares frescos, secos y ventilados, para evitar explosiones.
En la siguiente tabla se muestran algunos de los compuestos que aportan coloración en los fuegos artificiales:
Sustancias Colorantes que componen los fuegos artificiales
Cada color presenta una longitud de onda diferente, característica que permite que los colores sean diferenciados por el ojo humano, por ejemplo: el rojo tiene una mayor longitud de onda (620–750 nm) que el azul (450-495 nm).
nanómetro (nm)= Medida de longitud equivalente a 0,000 000 001 m, en notación científica: 10-9 m.
Los colores de los fuegos artificiales dependen de las sales o metales que contengan.
Aunque están constituidos por los mismos componentes químicos, continuamente aparecen en el mercado diferentes tipos de fuegos artificiales (baterías, tracas, petardos, etc.) que están destinados a sorprender cada vez más, por su variedad de colores y formas.
Algunos funcionan a nivel del suelo y otros a grandes alturas, pero básicamente a lo largo del tiempo se han mantenido dos tipos principales:
Las luces de bengala, por lo general son las que representan un menor riesgo, puesto que consisten en una varilla de tamaño medio cubierta por pólvora hasta cierto nivel, la cual al ser encendida genera pequeñas chispas que van aumentando-disminuyendo de intensidad a medida que se va consumiendo la pólvora.
Algunas veces a las bengalas se les adiciona aluminio o magnesio en polvo, de manera que se crean chispas brillantes y relucientes.
Luces de bengala.
Los fuegos artificiales aéreos, como su nombre lo indica, se construyen para que exploten y puedan ser observados en el cielo a una cierta altura y por un mayor número de personas. Están conformados por una envoltura que consta de cuatro partes: contenedor, esferas, carga explosiva y fusible.
A diferencia de las bengalas, los fuegos artificiales aéreos explotarán y producirán brillantes destellos de luz coloreada directamente en el cielo, esto ocurre cuando la envoltura del fusible se quema al alcanzar la altura suficiente para no causar una lesión a las personas que lo observan. Es allí cuando el fusible enciende la carga explosiva y se genera la explosión.
La explosión activa las esferas que contienen la pólvora y es entonces cuando comienza a arder con chispas relucientes y abundantes en todas las direcciones. El patrón o forma mostrada en el cielo depende de la disposición de la pólvora dentro de la esfera resguardada.
Pero la verdadera explicación técnica por la cual se pueden llegar a observar las diferentes tonalidades de colores puede ser por dos fenómenos:
Incandescencia: La expresión de la energía calórica (altas temperaturas) es emitida a una determinada frecuencia o longitud de onda, generando la manifestación de los colores.
Luminiscencia: La energía calórica producida es generada por las temperaturas ambientales.
Podemos decir entonces que con la incandescencia se suelen comenzar a observar colores de la zona infrarroja del espectro (rojo, naranja), mientras que por la luminiscencia los colores que se aprecian son todos los que comprenden el espectro visible.
De igual forma, además de las sustancias oxidantes, reductoras y colorantes, deben agregarse a esta mezcla diferentes compuestos que le proporcionen estabilidad, como agentes aglomerantes para cohesionar la mezcla, protegerla de la humedad y garantizar su duración mientras esta almacenada.
Así mismo, el calor que interviene en la explosión de los fuegos artificiales provoca la expansión del aire alrededor de este, lo que hace que el oído humano perciba las ondas emitidas como un intenso sonido. Algunas veces el sonido es tan fuerte que puede provocar que nuestro pecho y pies puedan también sentir la onda vibratoria.
La mecha de los fuegos artificiales debe ser encendida sólo por un adulto, para evitar quemaduras en niños pequeños con el fuego.
Cómo se visualiza el fuego artificial está determinado por el modo en que fue envuelta la pólvora, si se empaqueta en forma de globo, los fuegos artificiales explotarán con aspecto de esfera; si se colocan con estructura de estrella, explotarán con dicha apariencia.
Aplicación de los Fuegos Artificiales
Aunque desde sus inicios los fuegos artificiales han sido utilizados generalmente para dar impresionantes espectáculos con ocasión de fiestas, conmemoraciones, entre otros, estos han sido empleados de diversas formas conforme ha transcurrido el tiempo, actualmente los fuegos artificiales o juegos pirotécnicos son utilizados con los siguientes fines.
¿Sabías qué...?
La quema de los fuegos artificiales debe de ser realizada en terrenos planos para asegurar la estabilidad del producto y por lo tanto nuestra propia seguridad.
Para el señalamiento y localización en caso de accidentes o emergencias en ferrocarriles, transportes terrestres, aéreos y marítimos, así como para la localización de personas.
Para la agricultura y ganadería, como botes fumígenos contra plagas, tiras detonantes y cohetes antigranizo para provocar lluvia y favorecer el riego de los sembradíos.
Bengala de humo para señalamiento, con componentes especiales para funcionar en el agua.
En la industria pesquera suelen utilizarse bengalas submarinas para generar una luz bastante amplia y resistente al agua, la tinta que contiene funciona como un marcador submarino.
En la industria minera se emplean como explosivos para realizar sus actividades de excavación.
En las actividades mineras existes especialistas en explosivos para poder realizar extracciones selectivas de minerales o metales.
En la capacitación y adiestramiento militar sirven para simular explosiones y disparos.
Arrhenius propuso definiciones precisas de ácido, base y sal basadas en su teoría de la disociación electrolítica.
Para Arrhenius, un ácido es cualquier sustancia que en disolución acuosa da iones H+ (o, para ser más precisos y puesto que estos iones se hidrolizan, iones H3O+), es decir que contiene hidrógeno reemplazable por un metal o por un radical positivo para formar sales; una base es cualquier sustancia que en disolución da iones hidroxilo OH- , es decir que contiene uno más grupos hidroxilo reemplazables por radicales ácidos negativos para formar sales; y una sal es un compuesto que se ioniza dando aniones distintos al ion OH- y cationes distintos al ion H3O+. Una sal ácida (NaHSO4, KHCO3, etc.) es la que, además de dar cationes de uno o más metales (sales dobles), da iones H3O+; análogamente, una sal básica (ClSbO, Cl(OH)Ca, etc.) es aquella que, además de los aniones que corresponden a su radical ácido, da aniones OH-. Por oposición a las sales ácidas y a las básicas, las sales normales se denominan sales neutras.
Svante August Arrhenius fue un científico sueco ganador del Premio Nobel de Química en 1903.
Arrhenius propuso definiciones precisas de ácido, base y sal basadas en su teoría de la disociación electrolítica.
Para Arrhenius, un ácido es cualquier sustancia que en disolución acuosa da iones H+ (o, para ser más precisos y puesto que estos iones se hidrolizan, iones H3O+), es decir que contiene hidrógeno reemplazable por un metal o por un radical positivo para formar sales; una base es cualquier sustancia que en disolución da iones hidroxilo OH- , es decir que contiene uno más grupos hidroxilo reemplazables por radicales ácidos negativos para formar sales; y una sal es un compuesto que se ioniza dando aniones distintos al ion OH- y cationes distintos al ion H3O+.
Arrehnius se encargó de darle difiniciones a los ácidos, las bases y las sales.
Una sal ácida (NaHSO4, KHCO3, etc.) es la que, además de dar cationes de uno o más metales (sales dobles), da iones H3O+; análogamente, una sal básica (ClSbO, Cl(OH)Ca, etc.) es aquella que, además de los aniones que corresponden a su radical ácido, da aniones OH-. Por oposición a las sales ácidas y a las básicas, las sales normales se denominan sales neutras.
Steve August Arrehnius (1859-1927) fue un reconocido científico sueco.
Los iones H3O+ y OH-, cuya presencia caracteriza respectivamente las disoluciones acuosas de ácidos y de bases, se forman en realidad a partir de moléculas de agua que, respectivamente, incorporan o pierden un ion H+ o, lo que es lo mismo, un protón. Con otros disolventes distintos del agua, los ácidos y las bases se comportarían del mismo modo, es decir cediendo o aceptando protones, pero los iones formados serían distintos en cada caso.
Razonando a partir de estas y similares consideraciones, en 1923, Brönsted y Lowry propusieron, independientemente uno de otro, las siguientes definiciones de ácido y de base: Ácido es toda sustancia que puede ceder protones, y base toda sustancia que puede ganar protones. Es decir, un ácido es propiamente un dador de protones, mientras que una base es un aceptor de protones. Pero, puesto que el proceso de perder o ganar un protón es reversible, el ácido, al perder un protón, se transforma en una base y, a su vez, ésta, al ganarlo, se transforma en un ácido. Así, pues, un ácido y su base correspondiente forman un sistema conjugado.
Ácido Protón + Base
Como un protón no puede tener una existencia libre en disolución, debe incorporarse a otra sustancia que se comporta así como base. Los equilibrios se establecen pues en sistemas conjugados dobles del tipo:
Ácido1 + Base2 Ácido2 + Base1
En los que, cuanto más fuerte es un ácido, más débil es su base conjugada y, cuanto más fuerte es una base, más débil es su ácido conjugado. Ejemplos:
HCl + NH3 NH4 + + Cl-
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4 –
HSO4 – + H2O H3O+ + SO4 –
Es importante saber que se considera un ácido a toda sustancia que puede ceder protones, y base a toda sustancia que puede ganar protones.
Según la teoría de Brönsted y Lowry, un ácido y una base pueden ser tanto compuestos moleculares como iones, y una misma sustancia molecular o iónica puede actuar en un caso como ácido y en otro como base. Por ejemplo, el agua actúa como base frente al cloruro de hidrógeno y como ácido frente al amoníaco. En disoluciones no acuosas se forman iones distintos de los iones H3O+ y OH-, pero el proceso es esencialmente el mismo; así, disueltos en amoníaco, NH3, sustancia que como disolvente tiene un comportamiento muy similar al del agua, los ácidos dan lugar a la formación de iones amonio, NH4 +, y las bases a la formación de iones amida, NH2.
Thomas Martin Lowry (1874-1936)Johannes Nicolaus Bronsted (1879-1947)
La principal dificultad de las definiciones de ácido y base de Brönsted y Lowry es que sólo pueden aplicarse a reacciones que implican la transferencia de un protón, por lo que para que una sustancia pueda actuar como un ácido en el sentido de la definición de Brönsted-Lowry debe contener en su molécula un átomo de hidrógeno ionizable.
Sin embargo, hay muchas reacciones en las que una sustancia que de acuerdo con la teoría de Brönsted-Lowry no sería un ácido se comporta realmente como tal en el sentido más clásico del término (el de formador de sales). Así, por ejemplo, en ausencia de disolvente y, por lo tanto, sin que exista transferencia de protones, el dióxido de carbono, CO2, reacciona con un óxido básico como el óxido de calcio, CaO, para formar una sal:
CaO + CO2 CaCO3
El problema estriba esencialmente en el injustificado papel especial que la teoría de Brönsted-Lowry otorga al protón. Para superar esta dificultad, Lewis propuso en 1923 un innovador concepto de ácido y base. El nuevo punto de vista no tuvo apenas eco en el mundo científico hasta que el propio Lewis volvió a presentar sus ideas más ampliamente desarrolladas en 1938. De acuerdo con esta teoría, un ácido es toda sustancia (molecular o iónica) que puede aceptar un par de electrones, y una base toda sustancia que puede ceder un par de electrones. En otras palabras, un ácido debe tener su octeto de electrones incompleto y una base debe poseer un par de electrones solitarios. Entonces, la unión de un ácido y una base corresponde a la formación de un enlace covalente dativo o coordinado.
El concepto de Lewis propuso corregir los errores de la teoría de Bronsted y Lowry.
El concepto de base propuesto por Lewis coincide esencialmente con el de Brönsted-Lowry, ya que para que una sustancia pueda aceptar un protón (es decir, comportarse como base en el sentido de Brönsted-Lowry) debe poseer un par de electrones no compartidos. Por ejemplo, la molécula de agua, H2O, y el ion cloruro, Cl-, que pueden aceptar un protón, tienen las siguientes estructuras electrónicas:
O sea, que poseen un par de electrones no compartidos que pueden emplear para aceptar un protón, formando, respectivamente, el ion H3O+ y la molécula HCl:
Evidentemente, tanto el agua como el ion cloruro pueden comportarse como bases de Lewis cediendo un par de electrones no compartidos a un ácido. Vemos, pues, que, respecto al concepto de base de la teoría de Brönsted-Lowry, el concepto propuesto por Lewis no amplía de forma significativa el número de compuestos que pueden ser considerados como bases.
Sin embargo, el caso es radicalmente distinto para el concepto de ácido. Para empezar, hay sustancias que son ácidos de acuerdo con la definición de Brönsted-Lowry y que no lo son en el sentido de Lewis. Por ejemplo, para Lewis el HCl no es realmente un ácido sino la combinación de un ácido (H+) y una base (Cl-); ya vimos que el ion Cl- es una base tanto según la definición de Brönsted-Lowry como de Lewis y ahora justificaremos que el ion H+ es un ácido en el sentido de Lewis mediante la reacción:
H+ + H2O H3O+
En la que el H+ acepta un par de electrones de la molécula de agua para formar un ion H3O+, comportándose, por lo tanto, como un ácido. También deben ser considerados como ácidos en el sentido de Lewis los cationes metálicos, que aceptan pares de electrones al hidratarse o solvatarse. Y, volviendo a la reacción que escribimos más arriba entre el dióxido de carbono y el óxido de calcio:
CaO + CO2 CaCO3
También aquí debemos considerar que el CO2 es un ácido en el sentido de Lewis, ya que en esta reacción el átomo de carbono del CO2 acepta en covalencia dativa un par de electrones cedidos por el átomo de oxígeno del CaO:
El modelo de Lewis se utiliza en química orgánica para explicar el comportamiento catalítico de algunos compuestos que son ácidos de Lewis, pero, en general, cuando se estudian reacciones que tienen lugar en disolución acuosa o simplemente que implican una transferencia de protones, la generalización propuesta por Lewis resulta innecesaria y los químicos razonan en estos casos a partir de los conceptos de Arrhenius o de Brönsted-Lowry.
Gilbert Newton Lewis (1875-1946) fue un reconocido fisicoquímico estadounidense.
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.
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