Sintesis

UNIDAD 1

Mezclas

Introducción

¿Porque el agua se contamina fácilmente?

El agua tiene propiedades que la hacen muy especial, entre otras, la de disolver una gran cantidad de sustancias produciendo mezclas homogéneas, por lo que también es conocida como El disolvente universal.

Esta propiedad influye para que se contamine fácilmente por las diversas actividades humanas y las grandes concentraciones demográficas. Tales condiciones permiten que el agua también se contamine por sustancias que no puede disolver, por lo que se forman mezclas heterogéneas.

Definición y clasificación

Una mezcla es la asociación de dos o más sustancias, no puede ser representada por una fórmula química (Hawley, 2009, p.907), ya que  cada una de ellas conserva sus propiedades químicas (Dingrado, 2003)

Las sustancias se pueden asociar en función de las fuerzas que las mantienen unidas físicamente, a estas fuerzas las llamaremos fuerzas intermoleculares (no confundirlas con los enlaces químicos, pues no tienen la energía suficiente para mantener la unión).

Características

La relación entre los componentes que constituyen las mezclas es variable, es decir, no siguen la ley de las proporciones fijas o ley de Proust.

Otras cuestiones importantes de las mezclas son:

Cuando hacemos una mezcla, la energía interacciona con la materia sustancial para asociar dos o más sustancias sin que se altere su identidad como componentes individuales. Sin embargo, la mezcla como un todo tiene propiedades físicas que difieren de los materiales que la componen. 

Si las mezclas presentan heterogeneidad y si son sólidas, sus constituyentes pueden apreciarse fácilmente.

Las mezclas pueden ser gases, líquidos, sólidos, o una combinación de los mismos (gas-gas, gas-líquido, gas-sólido, líquido-gas, líquido-líquido, líquido-sólido, sólido-gas, sólido-líquido y sólido-sólido), esto lo puedes observar en la siguiente tabla (que ya se había presentado con anterioridad).

Los componentes de una mezcla no reaccionan entre sí, pero lo pueden hacer en ciertas condiciones.

Mezclas homogéneas

Una mezcla homogénea es una asociación de sustancias que no puede ser representada por una fórmula química y cada sustancia conserva sus propiedades químicas. Su composición es totalmente uniforme es decir si tomamos una muestra de cualquier parte de la mezcla, ésta tendrá la misma composición que el resto de la mezcla. También su apariencia es totalmente uniforme pues se trata de una sola fase, esto se refiere a que se encuentra sólo en un estado sustancial ya sea sólido, líquido o gas. Los componentes de estas mezclas pueden separarse por métodos físicos.

Hay tres tipos de mezclas homogéneas: las disoluciones, los coloides y las suspensiones.

Disoluciones

El tamaño de las partículas de los componentes de estas mezclas son menores a un nanómetro (una milésima de micra), por eso cuando se observa la disolución en un microscopio tiene un aspecto homogéneo. El componente de la disolución que está presente en mayor cantidad se denomina disolvente, y al otro u otros componentes que se encuentren en menor proporción se les denomina solutos. Tanto el soluto como el disolvente pueden ser sólidos, líquidos o gases.

Coloides

Los coloides son mezclas que se dan a escala microscópica, en donde las partículas de una o más sustancias se dispersan (fase dispersa) en otra sustancia llamada medio dispersor o fase dispersante (Sosa, 2007, p.22). Las partículas de la fase dispersa son suficientemente grandes como para dispersar la luz (este efecto óptico se conoce como Efecto Tyndall), pero demasiado pequeñas como para precipitar. Por tanto, una forma de distinguir una disolución de un coloide es mediante el Efecto Tyndall.

Thomas Graham (1805-1869) propuso la palabra coloide, proveniente de la raíz griega kolas que significa “que puede pegarse”, para distinguir a este tipo de soluciones de las suspensiones y las disoluciones. Estas tres soluciones se diferencian entre sí  por el tamaño de sus partículas; en  las disoluciones las partículas tienen un tamaño inferior a un nanómetro de diámetro (1nm =1x10-9m es decir un milmillonésimo de metro), mientras que las partículas de los coloides tienen un diámetro entre 1nm y un micrómetro (1µm, que es igual a 1x10-6m es decir un millonésimo de metro) de diámetro. Por último, las partículas de las suspensiones tienen un tamaño mayor a 1µm de diámetro.

Suspensiones

Las suspensiones son mezclas homogéneas (Chamizo, 1995) que se dan a escala macroscópica, es decir, las partículas son tan grandes que se ven a simple vista (tienen un tamaño superior a 1µm = a 1x10-6m es decir un millonésimo de metro. García, 1996). En estas mezclas la fase dispersa permanece suspendida en la fase dispersora, pero sólo por un tiempo determinado, pues finalmente sedimenta dependiendo del tamaño de partícula y de la diferencia entre las densidades de las sustancias dispersa y dispersora. Muchos de estos productos tienen impresa la leyenda “agítese antes de usarse”, esto significa que una mezcla heterogénea se convierte en homogénea cuando se agita.

Mezclas heterogéneas

Una mezcla heterogénea es una asociación de sustancias que no puede ser representada por una fórmula química y cada sustancia conserva sus propiedades químicas. Su composición no es uniforme,  es decir, si tomamos una muestra de cualquier parte de la mezcla, ésta no tendrá la misma composición que otra muestra tomada en una zona diferente de la mezcla. Su apariencia no es uniforme pues se trata de diversas fases,  los componentes pueden ser diferenciados con facilidad pues permanecen físicamente separados (el estado sólido del líquido o del gas según el caso). Los componentes de estas mezclas pueden separarse por métodos físicos.

Métodos de separación

Otra característica de las mezclas es la posibilidad de separar sus componentes sin que pierdan sus propiedades originales, incluso, tales propiedades son las que pueden determinar el método de separación, éste puede ser por la acción de disolventes adecuados o por simples medios mecánicos o físicos.

Bibliografía

Libros y revistas

Angenault, J. (1999). Diccionario Enciclopédico de Química. México: CECSA

Castillejos, A. et al. (2006). Conocimientos fundamentales de Química, Vol. I. México: Pearson.

Cervantes, B. y Loredo, J. (2011). Manual de prácticas de Química General en microescala. México: Trillas.

Chamizo, J. Petrich, M. (1995). Química 1. México: Esfinge.

Chang, R. (2005). Química. Colombia: McGraw-Hill.

Delfín, M. (1970). Química General Elemental. México: Porrúa.

Dingrando, L. et al. (2003) Química Materia y Cambio. Colombia: McGraw-Hill.

García, H.; Irazoque, G. y Talanquer, V. (1996). Introducción a la Física y a la Química. México: Fondo de Cultura Económica.

Garritz, A.  y Chamizo, J. (2001). Tú y la Química. México: Pearson.

Garritz, A.; Gasque, L. y Martínez, A. (2005). Química Universitaria. México: Pearson.

Hawley, L.(2009). Diccionario de Química y Productos Químicos. Barcelona: Omega.

Housecroft, C. y Sharpe, A. (2006). Química Inorgánica. España: Pearson.

Keenan, C. y Wood, J. (1976). Química general universitaria. México: CECSA.

Kotz, J. et al. (2005). Química y reactividad química. México: Thomson.

McNaught, A. y Wilkinson, A. (2003). Compendio de Terminología Química, recomendaciones de la IUPAC, España: Síntesis.

Murray, G. y Murray, G. (2012, mayo) La ecología del polvo. ¿Cómo ves?, 16-19.

Nekrasov, B. (1975). Química General. Moscú: Mir.Petrucci, R. (1997). Química General. Colombia: Fondo Educativo Interamericano.

Ramos, L. (2012, 20 de febrero). Persiste el trabajo esclavo en las carboneras: Raúl Vera. La Jornada Sección Política. Recuperado el día 30 de mayo de 2012 de http://www.jornada.unam.mx/2012/02/20/politica/002n1pol#texto

Real Academia Española (2001). Diccionario de la Lengua Española. España: Espasa Calpe.

Sosa, P. (2007). Conceptos Base de la Química, libro de apoyo para bachillerato. México: CCH-UNAM.

UNIDAD 2

Oxígeno sobre otros elementos 

Introducción

Con este material reconocerás y entenderás la importancia del oxígeno en el proceso de reacción con metales y no metales, así como el cambio de éstos en presencia de agua. Dicho proceso, conocido como oxidación, lo podemos observar en las tuberías, en la herrería y es relevante en las industrias de la construcción y marítima, ya que ésta última tiene un gasto de millones de pesos al año para combatirla. La oxidación también tiene que ver con la combustión que usas a diario al calentar alimentos en la estufa ó el agua para bañarte, así como la que ocurre en el motor de los automóviles y, en la síntesis de algunos medicamentos.

Reacciones de oxígeno

El oxígeno es el elemento más abundante en el planeta Tierra, constituye aproximadamente el 50% en masa de la corteza terrestre y forma el 21% en volumen de la atmósfera; es componente activo del aire, se encuentra presente en el agua y como óxidos con otros elementos. Reacciona tanto con metales como con no metales y, entre los no metales es el segundo en reactividad química, después del flúor.

Existen dos alótropos del oxígeno, el más común es la molécula diatómica O2, el otro es el ozono que es una molécula triatómica, O3.

Todo fenómeno químico puede ser representado a través de una ecuación química , que nos muestra los cambios que se llevan a cabo, así podemos describir las variaciones que se realizan cuando se oxidan los elementos metálicos y no metálicos en presencia de oxígeno y con el auxilio de la energía calorífica. A continuación se muestra un ejemplo de cada uno de estos.

Reaccion con metales

Reaccion con no metales

Reacciones de oxido con agua

Después de la formación de los óxidos correspondientes tanto metálicos como no metálicos, es factible combinarlos con agua para formar nuevos compuestos. En el caso de los óxidos metálicos cuando interactúan con agua forman hidróxidos.

Los óxidos no metálicos en presencia de agua forman ácidos del tipo oxiácido.

Reglas de nomenclatura

La nomenclatura química es un conjunto de reglas que se aplican para nombrar y representar con símbolos y fórmulas a los elementos y compuestos químicos. Actualmente se aceptan tres sistemas de nomenclatura donde se agrupan y nombran a los compuestos inorgánicos:

• Sistema de nomenclatura estequimétrico ó sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, (IUPAC).
• Sistema de nomenclatura funcional, clásico ó tradicional.
• Sistema de nomenclatura Stock.

Balanceo

El balanceo consiste en igualar el número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos, y sirve para verificar la Ley de la Conservación de la Materia (La materia no se crea ni se destruye solo se transforma).

Para escribir y balancear una ecuación química de manera correcta, es necesario tener presente las siguientes recomendaciones:

• Revisar que la ecuación química esté completa y correctamente escrita.
• Observar si se encuentra balanceada.
• Balancear primero los metales, los no metales y al final el oxígeno y el hidrógeno presentes en la ecuación química.
• Escribir los números requeridos como coeficiente al inicio de cada compuesto.
• Contar el número de átomos multiplicando el coeficiente con los respectivos subíndices de las fórmulas y sumar los átomos que estén de un mismo lado de la ecuación.
• Verificar el balanceo final y reajustar si es necesario.

Bibliografía

Libros

Ayluardo, B. (1999). Fundamentos de química. México: McGraw-Hill.

Brown, T. et al. (1993). Química. La ciencia central. México: Prentice-Hall.

Castillejos, A. (2005). Conocimientos fundamentales de química. México:Pearson-UNAM.

Espriella, A. (2009). Química básica. Un enfoque natural y significativo hacia el cambio conceptual.  México: Espriella- Magdaleno.

García, J. y Ortega, F. (2004). Periodicidad Química. México: Trillas.

García, M. et. al. (1992). Química. México: Publicaciones Cultural.

García, P. et. al.  (2009). Guía didáctica para el profesor de Química I. UNAM-CCH, México.

Garritz A. y Chamizo, J. (1994). Química. México: Addiso-Wisley.

Phillips, J. Strozac, V., Wistrom, C. (2000). Química, conceptos y aplicaciones. México: McGraw-Hill

Modelos atómicos

Modelo de Dalton

El inicio de la Teoría atómica fue de gran importancia para la ciencia, con ello se pretendía comprender el comportamiento de las sustancias durante los experimentos y así darles una explicación. Dalton es el iniciador de esta revolución científica. A continuación revisaremos su trabajo.

Datos biográficos

Químico y físico británico (1766 - 1844) que conjuntó las ideas que hasta el momento se tenían sobre la estructura de la materia.

De los árabes tomó sus principios: creían que la transformación de un elemento en otro sería posible mediante un elíxir y producirían radiaciones (hay semejanza con el concepto de las reacciones nucleares) y los utilizó como operaciones unitarias (transferencias, cambio de energía y materiales en procesos físicos y físicoquímicos); de los persas retomó el concepto de volatilidad para los procesos de cambio de estado, de Lavoisier, el concepto de lo permanente para la conservación de la materia; de Leucipo la palabra “átomo” y lo asocia con el de “elemento” de Boyle; todo lo anterior le permitió elaborar una serie de hipótesis de trabajo que explicaban su posición ideológica sobre la estructura de la materia que llamó postulados, es el inicio de la Teoría atómica.

Modelo de Thomson

Datos biográficos

Joseph John Thompson (1856 – 1940). Físico inglés que en sus experimentos descubrió que los rayos catódicos eran idénticos sin importar el material de los electrodos o del gas que contenía el tubo, llega a la conclusión de que las partículas de carga negativa forman parte de todos los átomos que después Stoney nombraría como electrones en donde demuestra la relación entre la carga eléctrica y la masa de éstas partículas.

Con este trabajo Thompson ganó el Premio Nobel de Física en 1906  que permitió explicar la electricidad estática descubierta por Tales de Mileto, en ese momento Faraday también realizaba experimentos con electricidad y sustancias disueltas en agua

Los experimentos que dieron origen a la propuesta del modelo atómico de Thompson se realizaron en 1897 sin embargo, los reportó hasta 1902; en éstos considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la que se distribuyen los electrones como pequeños granitos al que llamó “budín con pasas”, este modelo lo retoma Millikan en 1909 con sus experimentos de “la gota de aceite” en donde logra determinar la carga negativa del electrón.

Modelo de Rutherford

Rutherford, basó sus estudios en las partículas alfa, para estudiar su comportamiento colocó en una caja de plomo una muestra de radio y a cierta distancia una pantalla fluorescente y entre ambos una lámina de oro con un grosor de 4 x 10-5 m y observo lo siguiente:

 La mayoría de las partículas alfa atraviesan la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación, entonces debía haber espacios vacíos entre los átomos de oro.

Una de cada 40,000 partículas alfa se desvían en un ángulo mayor de 90° en la lámina de oro, esto implicaba la existencia de un núcleo con carga positiva que provoca esta desviación.

Una de cada 40,000 partículas alfa rebotaban en la lámina de oro, esto implicaba la existencia de un núcleo con carga positiva.

Con estas conclusiones propone su modelo atómico que consiste en:

El centro del átomo está constituido por el núcleo donde reside su masa con carga positiva, a la que llamó protón, y una atmósfera electrónica compuesta de órbitas indeterminadas en las que se encuentran los electrones como el sistema planetario, por lo que debe haber espacio vacío; sin embargo, se tenían algunas dudas sobre este modelo y fue hasta 1920 que James Chadwick , con experimentos semejantes a los de Rutherford lo confirma y además descubre una partícula atómica con una masa igual a la del protón y sin carga a la que llamó neutrón . A continuación te mostramos una animación para que observes el experimento que realizó Rutherford.

Modelo de Bohr

Conclusiones

La evolución de los modelos atómicos indica que la ciencia siempre está en constante avance y que cada día se conoce algo nuevo, el átomo inició como una partícula indivisible y posteriormente se logró dividir, es decir, que la materia es divisible y además que es discontinua y los experimentos que lo demostraron fueron:

•  El tubo de rayos catódicos que encontró que el átomo tenía electrones.
•  La difracción de la luz al pasar por un prisma y que se puede dividir en sus siete colores.
•  El experimento de Rutherford y el descubrimiento del núcleo y años después el neutrón por Chadwick.
•  Los espectros de emisión y absorción emitido por cada uno de los elementos y que presenta espectros de bandas.

Bibliografía

Libros

Ayluardo, B. (1999). Fundamentos de Química. México: McGraw-Hill.

Bravo, J. (2001). Principios de Química I. Conceptos Básicos. México: Grupo Editorial Éxodo.

Burns, R. (2003). Fundamentos de Química. México: Pearson.

Catalán, R. (2006). Un viaje por la materia. México: Esfinge.

Dingrado, L. (2003). Química. Materia y cambio. México: McGraw-Hill

Flores, A. (2005). Química 1 para Bachillerato. México: Alfaomega.

García, H. (1990). El químico de las profecías. Dimitri I. Mendeléiev. México: Pangea.

García, M. et al. (2009). Paquete de Evaluación: Instrumentos de Evaluación Formativa y Continua para Química I. México: UNAM-CCH.

Garritz, A. (2005). Química Universitaria. México: Pearson.

Garritz, A. y Chamizo, J. (2001). Tú y la Química. México: Pearson.

Hill, J. y Kolb, D. (1999). Química para el Nuevo milenio. México: Pearson.

Martínez, S. (2009). Guía Didáctica para el Profesor de Química I. México: UNAM-CCH.

Moore, J. et al. (2000). El Mundo de la Química. Conceptos y aplicaciones. México: Pearson.

Pérez, G. (2007). Química I. Un enfoque constructivista. México: Pearson.

Petrucci Ralph H. et al. (2003). Química General. México: Pretince Hall.

Phillips, J. et al. (1999). Química. Conceptos y aplicaciones. México: McGraw-Hill.

Ramírez, R.(2005). Química I. México: Publicaciones Cultural.

http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/u2/oxigeno_elementos