Química 2º Medio

Jugando con la Tabla Periódica

2011-05-24T15:47:00.003-04:00

Contaminación del agua

2010-02-23T12:30:00.001-03:00

La contaminación de las aguas es un problema muy serio que afecta a todos los países. Podemos hablar de dos tipos de contaminación hídrica: la contaminación natural, sin intervención del ser humano y la contaminación artificial o antrópica, que proviene de alguna actividad del ser humano. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS), el agua debe considerarse contaminada cuando “su composición o su estado están alterados de tal modo que ya no reúnen las condiciones adecuadas para el conjunto de utilizaciones a las que se hubiera destinado en su entorno natural”.

Contaminación natural del agua:

Corresponde a las alteraciones en la composición y distribución de ls aguas como producto de algunos fenómenos naturales, sin intervención del hombre.

a) Corriente marinas:
Las corrientes marinas son los movimientos organizados de masas de agua que siguen un recorrido geográfico permanente, que se caracterizan por una temperatura y una salinidad determinadas y alteran las cadenas tróficas de la vida acuática..
En Chile, el fenómeno conocido como la Corriente del Niño es un ejemplo de alteración de la cadena alimenticia, producto del aumento de la temperatura del agua. Cuando las capas superficiales del océano se calientan más de lo normal, las sustancias nutritivas del agua se agotan y el plancton muere irremediablemente. Los peces sin su alimento también mueren, lo que afecta, a su vez, a las aves que viven de los peces.

b) Mareas Rojas:
Las mareas rojas se producen en todos los mares y corresponde a un florecimiento súbito de enormes masas de plancton. El agua toma un color rojizo, debido al aumento excesivo de unos pequeños organismos llamados dinoflagelados. Algunos de estos organismos producen toxinas que se fijan a los tejidos de los moluscos que se alimentan del plancton, y resultan venenosas para muchas especies. Al consumir esos moluscos contaminados, el hombre puede intoxicarse gravemente.

Contaminación artificial del agua

Las ciudades son grandes asentamientos humanos que arrojan a ríos, lagos y mares, grandes volúmenes de aguas residuales, debido al uso doméstico, industrial y agrícola.
La eliminación de excretas humanas y de animales en el medio acuoso, genera microorganismos patógenos, los cuales ocasionan la contaminación biológica de las aguas. Este tipo de contaminación junto a los detergentes y otras sustancias tóxicas que llegan al agua, constituyen las aguas servidas.
Las actividades industriales arrojan a los cursos de agua gran cantidad de contaminantes tóxicos derivados de sus procesos productivos. Por ejemplo, las actividades mineras vierten a las aguas metales pesados como cadmio (Cd) y el plomo (Pb), los cuales poseen la capacidad de permanecer en el agua sin reaccionar, acumulándose en los organismos vivos a través del proceso de bioacumulación (aumento de la concentración de contaminantes a lo largo de la cadena trófica)
Las actividades mineras producen contaminantes que hacen variar el pH y la concentración de sales, debido a la naturaleza ácida de los contaminantes. Otro factor del cambio de pH de las aguas se debe a las precipitaciones producidas en ciudades con alta densidad poblacional, como Santiago, o altamente industrializadas como Concepción.
Las sales minerales utilizadas en la agricultura como fertilizantes, son otra fuente de contaminación: se disuelven en las aguas dejando nutrientes en exceso, los que aceleran el crecimiento de algas que van invadiendo el agua, transformando lagos en verdaderos pantanos. Este fenómeno se llama Eutrofizacación del agua (del griego eutros = bien alimentado).

Las aguas residuales industriales contienen desechos tóxicos de las industrias, en concentraciones variables. la naturaleza de estos desechos depende del tipo de industria que contamina. La industria del petróleo produce derrames de este producto a las aguas, formando las conocidas mareas negras. Éstas impiden el proceso de la fotosíntesis, puesto que la luz es bloqueada por la capa de petróleo superficial y no alcanza al plancton vegetal, que es la base de la cadena alimetaria en los ecosistmas acuáticos.

Purificación y tratamiento del agua

2010-02-23T12:29:00.001-03:00

La naturaleza limpia el agua

El ciclo del agua es el método natural de purificación por excelencia. En la naturaleza, la radiación solar calienta y evapora el agua de las superficies de los océanos y cursos de agua, logrando que los minerales y otras sustancias disueltas queden atrás. El vapor de agua sube y se condensa formando las nubes que, sometidas a cambios de temperatura, se precipitan y caen en forma de agua lluvia, nieve o granizo. El agua se incorpora al suelo, bien sea aumentando las aguas superficiales o infiltrándose hasta lugares profundos, para convertirse en agua subterráneas.

La purificación natural del agua se basa en:
• La evaporación seguida de la condensación que elimina casi todas las sustancias disueltas en el agua. Pero este proceso solo es efectivo cuando el aire está libre de gases contaminantes.
• La acción bacteriana que transforma los contaminantes orgánicos disueltos en el agua en compuestos sencillos que pueden degradarse (biodegradación).
• La filtración, a través de la arena y grava, que elimina la mayor parte de la materia en suspensión en el agua.

Depuración del agua

La presencia de una sustancia extraña en el agua, no es sinónimo de contaminación. Solo pueden llegar a serlo si la concentración en que se encuentra altera la calidad del agua, en forma tal que esta no cumpla con los requerimientos de calidad para el uso previsto.
Con el fin de controlar y reducir el impacto ambiental de las descargas de aguas solucionadas, se han construido centrales especializadas, llamadas plantas de tratamientos de aguas. Las primeras plantas de tratamiento se crearon para extraer los residuos fecales de las aguas. Sin embargo, la aparición de nuevos contaminantes impulsó la aplicación de tecnologías más avanzadas, donde la Química ha sido protagonista.

Potabilización del agua

En las plantas de potabilización se recibe el agua desde el curso de un río, se somete a un proceso de filtración y tratamiento y se distribuye a los hogares e industrias.
En el proceso de potabilización se distinguen los siguientes pasos:

Tamizado: Consiste en impedir el paso tanto de objetos sólidos, poniendo una gran malla metálica en la toma de agua.

Tratamiento previo con cloro: Se agrega cloro al agua. Este poderoso desinfectante mata los microorganismos que producen enfermedades, como la fiebre tifoidea, hepatitis y el cólera.

Coagulación o floculación: Se agregan al agua ciertos productos químicos que logran retirar la suciedad y otras partículas sólidas en suspensión. Estos productos son el sulfato de aluminio Al2(SO4)3 y el hidróxido de calcio Ca(OH)2 que, al ser vertidas en el agua, reaccionan entre sí y forman hidróxido de alumnio Al(OH)3, que es una sustancia pegajosa, parecida a la gelatina y que atrapa las partículas suspendidas en el agua.

Sedimentación: Proceso en el cual las partículas y suciedad atrapadas en la coagulación, caen en el fondo de los estanques, por acción de la gravedad.

Filtración: Se retiran gran parte de las impurezas que se mantienen todavía en el agua después de la coagulación y de la sedimentación por medio de un filtro de arena y piedras.

Tratamiento final con cloro: Se agrega cloro por última vez. Se ajusta la concentración de cloro (hipoclorito de sodio NaClO) para proteger el agua de la contaminación por bacterias.

Ela agua obtenida así es apta para el consumo humano. Contiene disueltas, en proporciones adecuadas, sales y otras sustancias útiles para el buen funcionamiento del organismo. También, se encuentra libre de bacterias y otros microorganismos patógenos. Todas estas características hacen del agua potable un líquido inodoro e incoloro, pero no insípido, ya que las sustancias disueltas le confieren un sabor agradable.

Planta de tratamiento de aguas contaminadas

Las aguas contaminadas son sometidas a tres tipos de tratamiento:

• El tratamiento primario consiste en la remoción de la materia orgánica particulada desde las aguas servidas o industriales, a través de un proceso de coagulación y sedimentación, donde los materiales contaminantes precipitan al fondo del agua. Esta operación deja libre al agua de un 35% de los contaminantes.

• El tratamiento secundario se tratan las aguas obtenidas del primer tratamiento, haciéndolas pasar a través de un tanque de aireación. Esta operación proporciona aire al agua de tal forma que ciertos microorganismos aeróbicos (que utilizan oxígeno) puedan descomponer la materia orgánica remanente y la transformen en dióxido de carbono CO2 y vapor de agua H2O. Una vez que los microorganismos y los residuos de materia orgánica parcialmente descompuesta se ubican fuera del tanque de sedimentación, regresan nuevamente al tanque de aireación donde son reutilizados.

• El tratamiento terciario consiste en un proceso químico que remueve del agua los contaminantes tóxicos, tanto orgánicos como inorgánicos que no fueron eliminados en las etapas anteriores, dejando el agua en un estado de 98% de pureza. Este tratamiento no siempre es aplicado debido a su alto costo.

En el presente, es imprescindible que los países cuenten con plantas de tratamiento que limpien el agua ya utilizada, antes de ser liberada a los cursos de agua naturales.

Conservación del recurso agua

2010-02-23T12:28:00.001-03:00

Es tarea de cada uno de nosotros el tomar las medidas necesarias para conservar este recurso tan vital.
Todos podemos preocuparnos de reducir el consumo diario de agua y mantener este recurso en óptimas condiciones si consideramos las siguientes acciones:

- Revisar regularmente las cañerías, llaves y sanitarios para evitar fugas de agua.
Tomar duchas cortas, de no más de 5 minutos. Se ha calculado que en una ducha de ese tiempo se consumen 65 litros de agua.
- Utilizar tapones para contener el agua en los lavatorios, lavaplatos o lavaderos, mientras se lava algún implemento; así se evita que el agua potable corra y se desperdicie.
- Hacer correr el agua de inodoro (WC) solo cuando ha sido usado. En cada vaciado del estanque se utilizan alrededor de 10 litros de agua. Más de 30% del agua que se consume en una casa se utiliza en este sistema de limpieza.
- Regar el jardín en las mañanas o al atardecer. Si el riego se realiza durante las horas de más calor se pierde una gran cantidad de agua por evaporación.
- Evitar la eliminación de sustancias tóxicas por el desagüe. Para esto, considera las siguientes medidas:
- No botar residuos sólidos a las aguas.
- No eliminar restos de pinturas por el desagüe. Este material contamina el agua con metales pesados como el plomo (Pb) y el cadmio (Cd); además, de solventes y aceites propios de su fabricación.
- Evitar el consumo de detergentes que contienen fosfatos, ya que producen eutrofización del agua.
- Consumir solo detergentes biodegradables.
- No utilizar el inodoro como basurero para botar remedios ni otros productos químicos.
- Disminuir, en lo posible, el uso de cloro y otros blanqueadores.

El aire

2010-02-23T12:27:00.001-03:00

Composición del aire

Los componentes fundamentales del aire son el nitrógeno N2 (78,1%) y el oxígeno O2 (20,9%), los que en conjunto alcanzan un 99% en volumen de aire seco.
Como componentes secundarios se encuentran presentes el argón Ar, el dióxido de carbono CO2, el neón Ne, el helio He, el kriptón Kr, el hidrógeno H2, el metano CH4 y el xenón Xe. A nivel de trazas (cantidades muy pequeñas) y dependiendo de la ubicación geográfica, se encuentran presentes compuestos como monóxido de nitrógeno NO, ozono O3, dióxido de azufre SO2, dióxido de nitrógeno NO2, amoníaco NH3 y monóxido de carbono CO.
Las proporciones de estos gases se pueden considerar más o menos constantes hasta una altura aproximada de 25 Km, aunque la concentración de cada uno disminuye con la altura, excepto en los casos de componentes minoritarios como el ozono O3 y los compuestos de nitrógeno, cloro y azufre.
Además, existen dos componentes que siempre se encuentran presentes en el aire en cantidades variables: el agua, en sus tres estados (sólido, líquido y gas) y el polvo atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos, etc). La concentración de vapor de agua puede variar desde 0% en zonas desérticas hasta un 5 a 6% en zonas tropicales.

Origen de la atmósfera

La atmósfera tal como la conocemos hoy, se originó hace unos 1000 millones de años. En su forma primitiva debió estar compuesta por una parte de las emanaciones volcánicas. Dichas emanaciones son producto de la erupción del magma o material constituyente del interior de la Tierra. Los componentes gaseosos de estas emanaciones vapor de agua H2O, dióxido de carbono CO2, sulfuro de hidrógeno H2S, cloruro de hidrógeno HCl y nitrógeno, son los que formaron la atmósfera en su inicio.
De la atmósfera primitiva a la actual hay un largo camino matizado por muy variados procesos. Uno de ellos fue la condensación. Al enfriarse la atmósfera, la mayor parte del vapor de agua de origen volcánico se condensó, dando lugar a los antiguos océanos. También se produjeron diversas reacciones químicas. Así, parte del CO2 debió reaccionar con las rocas de la corteza terrestre para formar carbonatos, algunos de los cuales se disolverían en los nuevos océanos. Más tarde, cuando la vida primitiva evolucionó en los océanos y desarrolló la capacidad de realizar fotosíntesis, los organismos fotosintéticos comenzaron a consumir CO2 y a producir oxígeno. Se cree que casi todo el O2, que en la actualidad se encuentra libre en el aire, procede de la combinación fotosintética de CO2 y agua.

Capas atmosféricas

Es difícil indicar el límite preciso de la atmósfera ya que no tiene un límite superior que indique su fin. No obstante, si sabemos que la atmósfera se va haciendo menos densa a medida que aumenta la altitud (altura sobre el nivel del mar).
De acuerdo a la variación de la temperatura, según la altitud, podemos distinguir cinco capas:

Troposfera: Es la capa inferior de la atmósfera, la más próxima a la superficie de la Tierra y contiene el 90% de los gases atmosféricos. En ella la temperatura disminuye con la altitud y en general, la temperatura disminuye en 5,5ºC por cada 100 m de altura sobre el nivel del mar. En esta región se desarrollan corrientes verticales de aire que dan origen a las nubes y a los fenómenos metereológicos (lluvia, viento, etc), también ocurren en ella la mayor parte de los fenómenos biológicos (dispersión de semillas y de polen, vuelos de pájaros e insectos, etc). Su espesor varía con la latitud, siendo su máximo en el Ecuador y su mínimo en los Polos.
Estratosfera: Se encuentra sobre la troposfera. Aquí se ubica la capa de ozono que absorbe la mayor cantidad de calor liberado por la Tierra. Actúa también como un filtro protector para todos los seres vivos que habitan en la superficie terrestre. Debido a estos fenómenos, la temperatura en la estratosfera es mayor que la troposfera. Se utiliza para el tránsito aéreo.
Mesosfera: Se ubica sobre la estratosfera. La temperatura disminuye drásticamente con la altura. Es una capa de aire poco denso y frío, en la que predominan gases ligeros.
Termosfera o ionosfera: Se ubica sobre la estratosfera. A partir de los 80 Km de altura aumenta gradualmente la temperatura hasta alcanzar valores de cientos de grados (1200º C). Las radiaciones solares y la lluvia de electrones procedentes del sol, ionizan los gases atmosféricos, es decir, hacen que sus átomos o moléculas queden cargados eléctricamente.
Exosfera: Es la región atmosférica más distante de la superficie de la Tierra, su límite superior alcanza alrededor de 900 Km de altitud. Es la zona de tránsito entre la atmósfera terrestre y el espacio interplanetario.

Propiedades físicas del aire

2010-02-23T12:24:00.001-03:00

Sabemos que la atmósfera es una mezcla de gases, los cuales poseen densidad, masa, volumen y punto de condensación. Por lo tanto, deberá seguir el patrón de comportamiento de los demás gases.

Los gases atmosféricos ocupan espacio: Al mirar el cielo o a nuestro alrededor y aunque no veamos las moléculas gaseosas, están allí, ocupando un espacio. No lo notamos pues tienen la capacidad de desplazarse de un lugar a otro ocupando todos los rincones y sectores que parecen vacíos.
La atmósfera se expande y se contrae: Los gases ocupan todo el espacio disponible de una manera uniforme; no tienen volumen por el aumento del movimiento molecular, provocando que el gas se expanda. En cambio, si el gas pierde calor, se contrae. Este comportamiento de los gases del aire hace posible el viento.
El aire es una mezcla de gases: Los componentes gaseosos del aire están mezclados, y por lo tanto no se encuentran químicamente combinados. La composición del aire atmosférico, por ser una mezcla, varía de acuerdo a la latitud y la altitud.
Densidad del aire: El valor de la densidad calculada para el aire seco y frío es de 0,001283 g/cm3 es decir, hay 0,001283 gramos de aire en 1 cm3 de volumen, a temperatura ambiente. Se trata de un valor extremadamente pequeño si lo comparamos con la densidad del agua (1 g/cm3).
La atmósfera ejerce presión: El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión sobre los cuerpos inmersos en ella. Esta se denomina presión atmosférica.
Las primeras precisiones sobre la presión del aire las expuso el alemán, Otto Von Guericke, quien demostró la existencia de la presión atmosférica. En 1643, el italiano evangelista Torricelli realizó un experimento que permitió conocer, por primera vez, el valor de la presión atmosférica. Torricelli demostró, que la presión del aire soporta una columna de mercurio cuya longitud es 760 milímetros. Entonces en promedio y a nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 milímetros de mercurio (760 mmHg). Este valor se denomina presión atmosférica normal, que también se llama, 1 atmósfera (1 atm).
La presión atmosférica puede variar según la altitud y las condiciones del tiempo. Este es el fundamento del barómetro, instrumento utilizado para medir la presión del aire. Como cualquier gas que se disuelve en agua, el aire disuelto en los mares o lagos, también ejerce presión. La presión del aire se incrementa en la medida que aumenta la profundidad.
La atmósfera tiene humedad: Por la evaporación del agua de los océanos, lagos y ríos, el aire tiene cantidades variables de agua en forma de vapor. Esta humedad puede presentar grandes variaciones durante el día y entre un lugar y otro; las masas de aire caliente tienen mayor capacidad de retener una cantidad de vapor de agua que las masas de aire frío. En la troposfera, el aire puede aumentar su humedad sin precipitarse, pero solamente hasta un límite máximo llamado punto de saturación.

Propiedades químicas del aire

2010-02-23T12:23:00.000-03:00

Las propiedades químicas de los gases atmosféricos de los gases atmosféricos nos informan sobre el tipo de reacciones que estos pueden experimentar.

Oxígeno: La mayor parte del oxígeno contenido en la atmósfera es producido por los bosques y el plancton, a través de la fotosíntesis. Este gas está constituido por moléculas diatómicas, conformadas por dos átomos de oxígeno (O2). El oxígeno es bastante inactivo a temperatura ambiente, pero a temperaturas elevadas, sus moléculas se combinan fácilmente con otras sustancias. Por ejemplo, la combustión es una reacción atribuible a la presencia de oxígeno. En consecuencia, el oxígeno es considerado como un gas comburente.
Hidrógeno: El hidrógeno, por su parte, es un gas de la atmósfera terrestre que, en las capas inferiores, constituye un porcentaje muy pequeño (0,001%), en cambio, en el sol corresponde a la mitad de la masa solar. El hidrógeno es un elemento gaseoso, inodoro, incoloro e insípido, cuyas moléculas están formadas por dos átomos de hidrógeno (H2).
El hidrógeno es relativamente inerte a temperatura ambiente, pero con una pequeña ignición, en presencia de oxígeno, reacciona violentamente. Por esta cualidad, podemos afirmar que el hidrógeno es combustible. La reacción entre el hidrógeno y oxígeno libera grandes cantidades de energía en forma de luz y calor, dando como producto vapor de agua.
Dióxido de carbono: Es un compuesto generado de dos formas: por la respiración de los seres vivos y como resultado de la combustión. Este gas es incoloro, inodoro y poco reactivo. Está formado por carbono y oxígeno (CO2). El CO2 puro extingue una llama impidiendo la combustión.
El CO2 se disuelve en agua, reacciona con ella y produce pequeñas cantidades de ácido carbónico (H2CO3), el cual hace variar el pH de las disoluciones. Por esta razón se le considera un óxido ácido. El CO2 se utiliza en la elaboración de bebidas efervescentes y en fabricación de bicarbonato de sodio (NaHCO3).
Ozono: Es un gas incoloro de olor penetrante. Su constitución atómica es similar a la del oxígeno (O2) ya que tiene tres átomos de oxígeno (O3). Se produce en forma natural en la estratosfera, a unos 30 Km de la corteza terrestre, por la acción de la radiación ultravioleta (UV) del sol sobre las moléculas de oxígeno.
La transformación del oxígeno en ozono requiere de la absorción de energía y ocurre según la siguiente ecuación: 3O2 + energía → 2O3
Debido a su gran poder oxidante, el ozono se utiliza para decolorar aceites y ceras y para esterilizar el agua potable. En estos procesos se oxidan las sustancias extrañas contenidas en esos materiales.
Nitrógeno: Es el gas más abundante en la atmósfera. Está constituido por moléculas biatómicas (N2). A la temperatura y a la presión atmosférica que se encuentra a nivel del mar, este gas no reacciona con otro elemento.
La gran estabilidad del nitrógeno dificulta que se formen nuevos compuestos. A temperaturas muy elevadas, reacciona con algunos metales muy reactivos como el litio (Li) y el magnesio (Mg).
El nitrógeno es muy importante en la formación de proteínas, tanto vegetales como animales. La etapa esencial, es su conversión en amoníaco (NH3) o ácido nítrico (HNO3). Un proceso natural importante es la fijación del nitrógeno implica la acción de ciertas bacterias que se encuentran en las raíces de las leguminosos, como lo porotos, lentejas, el trébol y la alfalfa. Estas bacterias contienen enzimas que aceleran la transformación del nitrógeno en amoníaco (NH3), desde donde pueden comenzar a ser utilizado por las plantas y animales en la síntesis de las distintas proteínas elementales.

Contaminación natural del aire

2010-02-23T12:22:00.000-03:00

Bajo condiciones naturales, el aire puede contaminarse debido a fenómenos naturales, como erupciones volcanicas, corrientes de vientos e incendios forestales.

Las erupciones volcánicas:

Las erupciones volcánicas constituyen una de las principales causas naturales de contaminación del aire. Los materiales que son expelidos a la atmósfera durante la erupción, pueden ser gaseosos, líquidos y/o sólidos.

Entre los productos gaseosos arrojados, los más importantes son el hidrógeno, el CO2, el metano (CH4) y diversos gases que contienen azufre, cloro y flúor.

También son lanzados grandes cantidades de vapor de agua que, al condensarse, originan precipitaciones que se mezclan con los demás gases y se distribuyen sobre el suelo. Esta agua de lluvia, altamente contaminada, arrasa con toda la vegetación existente y deja estériles los suelo.

Los materiales líquidos, que alcanzan temperaturas hasta de 1500º C, corresponden a productos sólidos en estado de fusión y reciben el nombre de lava. La lava desciende por laderas y valles formando verdaderos ríos que se solidifican en su recorrido. Entre los materiales sólidos expulsados durante la erupción, detacan las grandes cantidades de ceniza que se esparcen por el aire y que cubren importantes extensiones de suelo, con lo cual dañan seriamente los cultivos y la vegetación en general.

Incendios forestales:

Los incendios que se producen en forma natural son otra causa de contaminación del aire, especialmente por las altas concentraciones de monóxido y dióxido de carbono (CO y CO2), humo, polvo y ceniza.

Las corrientes de viento:

Diseminan en el aire diversos tipos de materiales. Las tormentas, por ejem`plo, movilizan grandes cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con la llegada de la primavera, la atmósfera se convierte en un medio de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas ocasiones, producen afecciones alérgicas.

Gases contaminantes del aire

2010-02-23T12:21:00.000-03:00

Cuando en un lugar y tiempo determinado la composición química del aire cambia debido a la presencia de sustancias extrañas, decimos que el aire está contaminado. Las emisiones de gases contaminantes se relacionan con la actividad industrial, los vehículos motorizados y la vida de los hogares. Como el hombre participa activamente de estos procesos, tales actividades se llaman fuentes de contaminación antrópicas (antro = hombre).
La gran mayoría de los contaminantes antropogénicos son subproductos de los procesos de combustión. La quema de la madera, el carbón, el gas metano y otros combustibles son procesos que liberan gases y partículas sólidas que contaminan la atmósfera.
Los principales contaminantes gaseosos del aire son: óxidos de carbono (COx), óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx) e hidrocarburos parcialmente quemados (RH) y el ozono (O3).

Óxidos de carbono: Corresponden al dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO) compuestos originados en la combustión de los combustibles que contienen carbono.
· El CO2 se libera de combustiones completas
· El CO se forma cuando el combustible se quema en escasa cantidad de oxígeno. Este gas es incoloro, inodoro e insípido, por lo que suele pasar inadvertido; aun así, resulta mortal si se encuentra en concentraciones elevadas.
Óxidos de azufre: Se producen al quemar azufre o combustibles que lo contienen, como el carbón y el petróleo. El más importante de éstos es el dióxido de azufre (SO2), que luego se oxida en la atmósfera, formando trióxido de azufre (SO3).
Los SOx son irritantes que afectan es sistema respiratorio del hombre. También provocan daños en la calidad y rendimiento de las cosechas y participan directamente en la formación de la lluvia ácida.
Óxidos de nitrógeno: Se forman a partir de los procesos de combustión que ocurren en presencia de aire, especialmente en los motores de los medios de transporte. Debido al calor producido por la fuente de combustión (bencina), el nitrógeno atmosférico reacciona con el oxígeno, formando varios compuestos diferentes. Entre ellos están el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), un gas de olor agradable y que irrita fuertemente el sistema respiratorio.
Hidrocarburos: Son compuestos formados por carbono e hidrógeno que por lo general se liberan de la volatilización de combustibles como la gasolina. Su peligrosidad radica en que son capaces de reaccionar en la atmósfera, generando otras sustancias aun más nocivas. Investigaciones confirman que algunos RH son cancerígenos, es decir, pueden provocar cáncer.

El nivel de contaminación atmosférica está en directa relación con la cantidad de contaminantes emitidos al aire y también depende de las condiciones atmosféricas.
El viento dispersa los contaminantes; incluso la radiación solar y la humedad atmosférica promueven que estos reaccionen, agudizando sus efectos nocivos.

Partículas sólidas en suspención

2010-02-23T12:20:00.001-03:00

En la atmósfera urbana existe también material particulado formado por diferentes contaminantes sólidos en suspensión. El material particulado se forma a partir de la ruptura de fragmentos mayores de materia o por aglomeración de pequeñas porciones. Su composición comprende partículas sólidas (polvo y cenizas) y gotitas (vapores y nieblas) con tamaños variables, entre 0,01 y 100 micrómetros (1μm = 10-6 m). Muchas de las partículas pequeñas (sobre 0,1 μm y hasta unos 3 μm) alcanzan los alvéolos pulmonares, ocasionando trastornos respiratorios. Por lo que el material particulado presente en la atmósfera, podemos clasificarlo de la siguiente manera:

Polvo sedimentable
Polvo suspendido
Polvo respirable

Una de las principales fuentes de emisiones de material particulado producidas por el ser humano proviene de los vehículos motorizados; otras son la quema de carbón y de diversas actividades industriales y agrícolas que liberan a la atmósfera metales finamente divididos, polvo, ceniza, residuos de pesticidas y fertilizantes, y otros. Estas éstas fuentes de contaminación se llaman fuentes antrópicas.

Para medir los efectos de los contaminantes, sobre la salud de la población, se han dictado normas de concentración máxima permitida (CMP) en el aire de todos los contaminantes. Estas medidas se han tomado para proteger la salud de las personas. El compromiso asumido consiste en mantener bajos los niveles de gases contaminantes, minimizando los efectos adversos. Esto posibilita que cuando los índices de contaminación sobrepasan la norma, entran a regir ciertas disposiciones de emergencia, cuyas prescripciones deben ser informadas a la ciudadanía. En consecuencia, se han determinado valores de concentración máxima permisible para proteger la salud humana. Esto se ha traducido en establecer restricciones de fuentes contaminantes móviles y fijas, cuando las estaciones de monitoreo de calidad de aire entregan resultados según la siguiente tabla:

mg/m3: es una unidad de concentración que indica microgramos por cada metro cúbico. 1g : 1.000.000 mg

Los tiempos de medición corresponden a períodos de 8 horas para CO, 24 horas para SO2 y partículas respirables, y 1 hora para NO2.
Los índices de calidad de aire y es sistema de predicción biomédica son las señales que las autoridades informan para que la ciudadanía colabore con las medidas de protección que cada rango establece. Todos participamos para tener un aire respirable.

Efectos de la contaminación del aire

2010-02-23T12:19:00.001-03:00

Los gases contaminantes que llegan al aire debido a la actividad industrial, los vehículos motorizados, los sistemas de calefacción y muchas otras fuentes de contaminación, producen una mezcla gaseosa y de material particulado que, en sucesivas transformaciones, originan graves problemas ambientales como el smog industrial y fotoquímico, la lluvia ácida, la destrucción de la capa de ozono y el efecto invernadero.

Smog industrial: Las industrias que se sirven de la combustión del carbón como azufre (SO2), ceniza, hollín y compuestos orgánicos volátiles, que cubre el cielo de una densa nube gris que disminuye la visibilidad y afecta la salud.
Debido a las capas de inversión térmica que se producen en la atmósfera, en los días fríos y húmedos el smog industrial se torna más dañino para la salud.

Inversión térmica: La formación del smog, tanto industrial como fotoquímico, se ve favorecida por ciertas condiciones geográficas y meteorológicas. Por ejemplo, la ubicación topográfica y geográfica del valle donde se ubica Santiago. Los meteorólogos explican que normalmente en la troposfera la temperatura debiera disminuir a medida que aumenta la altura; así, el aire caliente, cercano a la superficie terrestre, se eleva y se mezcla con las capas superiores de aire frío. De esta forma el aire se renueva y los contaminantes se dispersan hacia arriba ayudados por las corrientes de aire verticales (figura: situación normal). Sin embargo, durante el invierno a veces ocurre una inversión de este patrón normal de temperatura: después de una disminución inicial, la temperatura del aire comienza a aumentar y una inusual capa de aire caliente se establece sobre la capa de aire frío, sin que esta pueda elevarse (figura: inversión térmica). En consecuencia, los contaminantes quedan atrapados bajo la capa de aire caliente hasta que las condiciones atmosféricas cambien. El efecto de la inversión térmica es aun más grave en ciudades rodeadas por montañas, ya que los contaminantes acumulados comienzan a sufrir reacciones fotoquímicas, formando el dañino smog fotoquímico.

2. Smog fotoquímico: El alto nivel de congestión vehicular es una de las principales causas de la formación del smog fotoquímico (del griego photo, que significa luz). Se percibe como una niebla que empapa el aire de un color amarillento y se forma cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (RH) liberados por los automóviles experimentan una serie de reacciones activadas por la luz ultravioleta (UV) que provienen del sol.
El dióxido de nitrógeno (NO2) absorbe la radiación UV, sufriendo una compleja secuencia de transformaciones que forma productos tóxicos; uno de ellos es el ozono (O3) que, a nivel troposférico, constituye un serio contaminante del naire; este gas es un poderoso irritante de las vías respiratorias, razón por la cual los que padecen asma o enfermedades cardiovasculares son muy susceptibles a él.

3. Lluvia ácida: Debido a que el agua de lluvia disuelve el CO2 atmosférico, las precipitaciones son normalmente ácidas, ya que tiene un pH aproximado de 5,6. Sin embargo, el grado de acidez de la lluvia de la lluvia se elevado considerablemente en los últimos años.
La lluvia ácida se debe principalmente al incremento de olas emisiones de óxidos de azufre que, en el aire, se convierten en pequeñas gotitas de ácido sulfúrico (H2SO4), según las siguientes ecuaciones:

2SO2 + O2 → 2SO3

SO3 + H2O → H2SO4

El trióxido de azufre una vez formado (SO3), una vez formado reacciona con el vapor de agua para formar H2SO4. Este ácido se concentra en la base de las nubes, aumentando el grado de acidez de las precipitaciones.
La lluvia ácida constituye un fenómeno sin límites geográficos más que ningún otro problema ambiental; los compuestos gaseosos emitidos son transportados por los cursos de los vientos y pueden generar lluvia ácida a miles de kilómetros de sus fuentes de origen, aun en otro país.
La precipitaciones ácidas tiene un impacto ambiental severo; cambian el pH del suelo, afectando los cultivos; acidifican lagos, ríos amenazando la conservación de la vida acuática; al mismo tiempo desintegran las edificaciones, especialmente las construcciones de mármol y de piedra.

4. Destrucción de la capa de ozono: Hoy se ha demostrado que una clase de compuestos sintéticos, denominados clorofluorocarbonos (CFCs), son los responsables de este problema. Los CFCs, como el CF2Cl2 y CFCl3, llamados comercialmente freones, son ampliamente utilizados en los aerosoles y en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado.
Cuando los CFCs alcanzan la estratosfera, forman radicales cloro (Cl*) por la acción de la radiación UV, de acuerdo a la ecuación:

UV
CF2Cl2 → CF2Cl + Cl*

El radical cloro reacciona con el ozono (O3), produciendo el radical monóxido de cloro (ClO*) y oxígeno (O2); a su vez, el radical ClO* se combina con átomos de O2, formando nuevamente radicales cloro, los cuales pueden reiniciar la serie de reacciones, según las siguientes ecuaciones:

UV
Cl* + O3 → ClO* + O2

ClO* + O → Cl* + O2

O3 + O → 2O2 Reacción neta

Hoy este ciclo químico se ha identificado como el causante de cerca del 80% de la pérdida de ozono en la estratosfera.

5. Efecto invernadero: En los últimos años hay una creciente preocupación por el llamado calentamiento global del planeta.
La luz solar viaja a través de la atmósfera y va interactuando con moléculas gaseosas y material particulado, lo que previene que gran parte de esta radiación alcance la corteza terrestre. Así, del total de radiación solar, solo cerca del 50% es efectivamente absorbido por la superficie de la Tierra, y luego es reirradiado hacia el espacio, principalmente en forma de radiación infrarroja (IR). Por su parte, una amplia proporción de la radiación IR proveniente de la superficie es reabsorbida por los gases atmosféricos y luego reirradiada hacia la Tierra, antes de que pueda escapar hacia el espacio. Estos gases, que actúan tal como un panel de vidrio de un invernadero, se denominan gases invernaderos e incluyen el CO2, el vapor de agua, el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O), el ozono y los CFCs.

El efecto del proceso de absorción y reirradiación de la energía IR hace aumentar la temperatura de la superficie terrestre, lo cual conduce a la desertificación, al deshielo de los casquetes polares, al aumento del nivel del agua de ríos y océanos y al desequilibrio climático.

¿Sabías Qué?

Los vehículos motorizados han llegado a ser parte indispensable de la vida de hoy; sin embargo, son los causantes de casi el 50% de la contaminación atmosférica, siendo la principal fuente de emisiones de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos (RH). Para disminuir los índices de contaminación atmosférica, se han ido incorporando nuevos adelantos técnicos como el convertidor catalítico, que es un dispositivo que utiliza un catalizador de platino, paladio o radio para convertir las emisiones procedentes de la quema de la gasolina (CO, NOx, RH), en productos menos reactivos (CO2, N2, H2O).

El viento. Fuente de energía alternativa

2010-02-23T12:18:00.001-03:00

El potencial agotamiento de las fuentes convencionales de energía, como el petróleo, lleva al hombre a buscar fuentes de energías alternativas, como la energía solar, la energía geotérmica (de la tierra) y la energía eólica (del viento). Los recursos de las fuentes de energías alternativas son renovables, es decir, inagotables; además no producen contaminación ambiental, por lo que se denominan energías limpias.
El aprovechamiento de las energías alternativas, auque todavía presenta inconvenientes técnicos y costos elevados para un uso masivo, ha dado buenos resultados en algunos países, permitiendo un significativo ahorro del consumo de petróleo.

¿Cómo se produce el viento?

El viento se produce cuando hay una diferencia de temperatura entre el aire de una región y el de otra. Debido a su menor densidad, la masa de aire más caliente se eleva, dejando un espacio que es ocupado por la masa de aire frío. El viento es el resultado del desplazamiento del aire frío. El nivel de movimiento de las masas de aire es diferente; así, hay vientos suaves y otros violentos como los huracanes, cuya velocidad puede superar los 200 Km/h. La velocidad de los vientos está determinada por la cantidad de energía cinética de la masa de aire; cuanto mayor es la velocidad, mayor es la energía cinética que tiene el viento. A esta energía se le llama energía eólica.
Actualmente, las aplicaciones de la energía eólica se centran en la obtención de electricidad, la cual se genera en las centrales eólicas a partir del movimiento del viento. Estas instalaciones suelen ser amplias y cuentan con un tipo especial de molinos: las turbinas eólicas, aspas finas de rotación muy rápida. En paralelo el eje de las aspas, un mecanismo acciona un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Con una turbina eólica de 4,5 m de diámetro se puede conseguir almacenar unos 5000 kW/h de energía eléctrica; cantidad equivalente a lo que consume un televisor en color encendido las 24 horas del día durante 3 años.
Los investigadores en el tema aseguran que en Chile las centrales eólicas pueden ser viables en aquellas zonas que tengan regímenes de viento apropiados, donde se puedan aprovechar las cumbres elevadas, las áreas cordilleranas abiertas y los efectos de relieve. Es el caso, por ejemplo, del sector costero de la IV Región, las estaciones antárticas y las pampas patagónicas.

Conservación del recurso aire

2010-02-23T12:17:00.001-03:00

Cuando buscamos soluciones o medidas necesarias para conservar el aire en un grado de calidad aceptable, solemos pensar en normas y leyes que regulen la emisión de gases contaminantes, dictadas por los gobiernos y acatadas por las industrias y por el transporte.

Sin embargo, auque en el proceso de descontaminación las normarivas son imprescindibles, se reuiere la cooperación del ciudadano común.

Por lo tanto es necesario considerar algunas acciones de orden cotidiano que contribueyn a la conservación del aire:

Evitar el uso de aerosoles que contengan gases propulsores clorofluorocarbonados (CFC).
No usar calefactores a leña durante los días de invierno, en que prevalece una alta humedad ambiental o un alto índice de contaminación.
No quemar basura ni hojas.
Promover la pavimentación de calles y caminos de tierra.
Mantener el automóvil en buenas condiciones, controlando regularmente la emisión de gases por los escapes.
Utilizar combustibles de buena calidad.
Barrer sin levantar polvo; para ello, rociar con agua las superficies antes de limpiarlas.
Al salir de paseo, ubicar las fogatas y braseros en lugares de máxima seguridad. Antes de retirarse, asegurarse que se hayan extinguido totalmente y así evitar posibles incendios.
Apoyar las acciones fiscalizadoras que regulan el funcionamiento de las industrias y los vehículos de locomoción colectiva para que la emisión de gases no exceda los límites permisibles. Para ello, es necesario la instalación de filtros en chimeneas y uso de convertidores catalíticos en los vehículos motorizados.
Denunciar a los contaminadores. La mayoría de las municipalidades cuenta con un Departamento de Higiene Ambiental donde se reciben las denuncias de la ciudadanía.
Apoyar, en tu localidad, las mmedidas para la instalción de ciclovías, que incentivan y hacen segura la virculación de la bicicleta.
Apoyar campañas de arborización en los sectores desprovistos de cubierta de vegetales. Recuerda que una de las finalidades de la fotosíntesis, el proceso vital de las plantas, es mantener la cantidad de oxígeno en el aire; es, por lo tanto, un medio excelente para combatir la contaminación.

Sin duda, éstas y otras medidas, contribuyen a que tomes conciencia sobre la relación que existe entre tu vida cotidiana y la necesidad de practicar acciones responsables para cooperar con el proceso de descontaminación del aire.

El petróleo

2010-02-23T12:15:00.001-03:00

El petróleo es un recurso energético fósil no renovable del cual el ser humano, especialmente desde el siglo XX, ha obtenido un gran provecho. Este líquido oleoso, de color oscuro, olor fuerte, que flota en el agua, que se ha formado bajo la superficie de la tierra, que se ha denominado “petróleo crudo”, simplemente “crudo” y también “oro negro”, es en realidad un recurso de un valor incalculable.
En efecto, cada día usamos los productos derivados del petróleo crudo principalmente como combustibles y otras formas. Por consiguiente, se podría decir que nuestra forma de vida depende de la existencia del petróleo y que estamos tan habituados a disponer de estos productos y quemarlos que no apreciamos el hecho que son productos no renovables, por lo que resulta necesario usarlos con racionalidad y economía para que sus reservas duren lo más posible.

Historia

Desde la Prehistoria se conocieron depósitos superficiales de petróleo, así, el hombre del paleolítico usaba la brea o alquitrán en sus construcciones. En la Biblia se menciona también como betún o como alquitrán (Génesis) y por mucho tiempo se empleó para el calafateado de los barcos y fabricación de antorchas.
También utilizaron el crudo las grandes civilizaciones antiguas, hace más de 2000 años.
Durante el renacimiento se destilaba el petróleo para obtener lubricantes y productos medicinales, pero la verdadera explotación del petróleo comenzó en el siglo XIX. Los cambios sociales que provocó el devenir de la Revolución Industrial, exigieron la búsqueda de un aceite combustible de buena calidad y barato para las lámparas en reemplazo del aceite de ballena que resultaba excesivamente caro y cuyo consumo estaba provocando la extinción de estos animales.
La Invención del Automóvil y las necesidades energéticas de la I Guerra Mundial convirtieron a la industria del petróleo en uno de los cimientos de la sociedad industrial.

Origen del petróleo

2010-02-23T12:13:00.000-03:00

Existen varias teorías para explicar el origen del petróleo.

Hipótesis orgánica de Engler: Según esta teoría el petróleo proviene de zonas profundas de la tierra o mar, donde se formó hace millones de años. Esta teoría plantea que organismos vivos (peces, y pequeños animales acuáticos y especies vegetales), al morir se acumularon en el fondo del mar y se fueron mezclando y cubriendo con capas cada vez más gruesas de sedimento como lodo, fragmentos de tierra y rocas, formando depósitos sedimentarios llamados rocas generadoras de crudo. La acumulación de otras capas geológicas sobre estos depósitos formó la “roca madre” y generó condiciones de presión y temperatura lo que facilitó la acción de bacterias anaeróbicas para transformar lentamente la materia orgánica en hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) con pequeñas cantidades de otros elementos.
El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme en el subsuelo y para que éste se aculume, deben cumplirse algunas condiciones básicas: Debe existir una roca permeable para que, bajo presión, el petróleo pueda moverse a través de los poros microscópicos de la roca y debe existir una roca impermeable dispuesta en forma tal, que evite la fuga del petróleo y el gas natural hacia la superficie.
El material orgánico debe estar en abundancia para que se forme un yacimiento. Esta teoría es una de la más aceptadas ya que todos los yacimientos petroleros se han encontrado en terrenos sedimentarios y además en ellos, siempre se han encontrado restos fósiles de animales y vegetales.
Hipótesis inorgánica de Mendeleev: Según esta teoría se habría originado por la acción del agua sobre carburos metálicos produciendo metano y acetileno. Los demás componentes se habrían generado por reacciones químicas posteriores. Esta teoría se ha descartado porque no justifica la presencia de restos fósiles de animales y vegetales en los yacimientos.
Hipótesis inorgánica de Thomas Gold: Sugiere que el gas metano que suele encontrarse en los yacimientos de petróleo, pudo haberse generado a partir de los meteoritos que cayeron durante la formación de la Tierra hace millones de años. Esta teoría está generando cada día más adeptos debido a que la NASA ha probado que las atmósferas de otros planetas tienen gran contenido de metano.

Composición química del petróleo

2010-02-23T12:12:00.000-03:00

Todos los tipos de petróleo están constituidos por una mezcla en la que coexisten compuestos sólidos, líquidos y gaseosos, denominados hidrocarburos, especialmente del tipo alcanos y aromáticos pesados. También suele contener pequeñas cantidades de compuestos de nitrógeno, azufre, oxígeno y elementos metálicos en muy pequeña cantidad (trazas).
El aspecto del petróleo puede ser el de un líquido de color que varía desde el amarillo pardo hasta el negro. Es insoluble en agua y su densidad está comprendida entre 0,75 y 0,95 g/mL, por lo tanto, es menos denso que el agua (densidad 1 g/mL).
Generalmente hay pequeñas cantidades de compuestos gaseosos disueltos en el líquido, pero si éstos se encuentran en mayor proporción, el yacimiento de petróleo está asociado con un depósito de gas natural.
La composición del petróleo varía con la procedencia, predominando determinados tipos de hidrocarburos.
Según esto, los diferentes crudos se clasifican en 3 grandes categorías:

Petróleos del tipo parafínicos: Son de color claro, fluidos y de baja densidad (0,75 a 0,85 g/mL). De éstos se extrae gran cantidad de gasolina, queroseno y aceites lubricantes.
Petróleos del tipo asfáltico: Son negros, viscosos y de elevada densidad (0,95 g/mL). De éstos se extrae poca gasolina y aceite combustible (fuel oil). Queda residuo asfáltico.
Petróleos de base mixta: Tienen características y rendimientos entre las otras dos categorías.

¿Hidrocarburos?

Son compuestos orgánicos formados por átomos de hidrógeno y carbono solamente, los cuales se unen entre sí compartiendo electrones, formando un enlace covalente. Por lo tanto, los hidrocarburos se clasifican tomando en cuenta la forma de la estructura carbonada (el esqueleto de la la molécula) y los enlaces simples, dobles o triples que unen a los átomos de carbono. Por consiguiente, distinguir 3 grupos de hidrocarburos: acíclicos o alifáticos, cíclicos y aromáticos.

Hidrocarburos alifáticos: Son compuestos de cadena carbonada abierta que pueden presentar enlaces simples, dobles o triples. Por tanto, cuando los átomos de carbono se unen solo por enlaces simples, se denominan alcanos; si lo hacen con uno o más enlaces dobles, alquenos o alcenos, y si lo hacen con algún enlace triple, alquinos o alcinos.

Alcanos: CH4 Metano

Alcenos: CH2=CH2 Eteno

Alcinos: CH≡CH Etino o acetileno

Hidrocarburos aromáticos: Constituyen una clase enorme e importante de hidrocarburos y se basan el hidrocarburo llamado benceno, de fórmula molecular C6H6. Por tanto, son compuestos formados por ciclos que tienen varios enlaces dobles separados por enlaces simples. Esta característica les confiere propiedades especiales, razón por la cual se han clasificado separadamente

Hidrocarburos cíclicos: En estos compuestos, los átomos de carbono de la cadena están unidos en sus extremos formando ciclos o anillos. Dentro de los compuestos cíclicos hay compuestos que presentan más de un ciclo a la vez.

Refinación del Petróleo

2010-02-23T12:11:00.001-03:00

El petróleo, tal como se extrae de las profundidades de la tierra o del mar mediante perforaciones profundas, no es utilizable como combustible ya que requiere de altas temperaturas para arder. Para poder aprovecharlo como fuente de energía y/o materia prima es necesario separarlo en fracciones adecuadas para preparar, a partir de ellas, los productos para las diferentes aplicaciones que requiere el mercado.

Una vez que el crudo es extraído, se transfiere a depósitos donde se separa el agua, residuos sólidos y además el gas natural que contiene principalmente metano (80%), etano (10%) y propano más butano (10%). Luego, se transporta hacia las refinerías en camiones, trenes, barcos o a través de oleoductos.

En las refinerías se efectúan las separaciones en inmensas torres de fraccionamiento, sometiéndolo a destilación fraccionada conocida como proceso de Topping o destilación primaria. El fundamento de estas separaciones es la diferencia en el punto de ebullición de los componentes en una mezcla líquida. En las refinerías el proceso consiste en bombear continuamente el petróleo y calentarlo primero a temperaturas entre 370 – 400º C en una caldera para que ingrese, convertido en vapor, a lo torre de destilación. Los vapores suben a través de los pisos y en ese ascenso, se van enfriando y condensando las diferentes fracciones en los distintos niveles según la temperatura en que licuan. Las fracciones más livianas se condensan en los pisos superiores, más fríos; algunos gases sales y otros se condensan regresando como reflujo. En los pisos inferiores se condensan las fracciones más pesadas y en la base queda el residuo no vaporizado.

El residuo, también conocido como fuel oil (aceite combustible), se somete a una nueva destilación a alto vacío para recuperar más combustible. Mediante la destilación al vacío se consigue que estos hidrocarburos pesados destilen a más baja temperatura evitando la descomposición térmica. Se obtienen 2 fracciones, una de destilado y otra de residuos sólidos.

De la fracción destilada se obtienen lubricantes para motores de aviones y automóviles, parafina sólida y vaselina. También sirve como materia prima para preparar más gasolina y diesel. El residuo contiene asfalto y coque, utilizable este último como combustible en altos hornos. Casi el total del petróleo que se procesa en las refinerías se destina a ser usado como combustible, es decir, se quema. Entre los combustibles más importantes para la sociedad actual se encuentran la gasolina y el diesel.

Derivados del Petróleo

2010-02-23T12:09:00.000-03:00

A partir del petróleo se obtienen materias primas y diversas sustancias que son de una gran y variada utilidad en la vida cotidiana, por ejemplo, fertilizantes, lubricantes, productos alimenticios y medicinales, plásticos, materiales de construcción y fibras sintéticas.

La gasolina: La cantidad de gasolina virgen (no refinada) obtenida en el proceso de fraccionamiento del petróleo, depende si este es asfáltico o parafínico y como la gasolina es el combustible que hoy tiene mayor demanda, siempre será insuficiente, aún cuando se destilen crudos parafínicos que contienen un 30% de gasolina. Por otra parte, las características de esta gasolina no cumplen con los requerimientos para el buen funcionamiento de los motores de automóviles. Frente a estos problemas, lo científicos e ingenieros han desarrollado una serie de procesos para producir más y mejores gasolinas a partir de otras fracciones de petróleo destilado.

¿Cómo funciona el motor del automóvil?

El motor de los automóviles es de combustión interna o a explosión pues el combustible se quema en el interior de él. Una mezcla de aire y vapor de gasolina se comprime por medio de un pistón y luego se enciende mediante una bujía. La combustión de la gasolina debe provocar una expansión fuerte y uniforme para que fuerce al pistón hacia fuera e imprima fuerza al eje del motor. Si el gas arde muy rápido se produce una detonación que hace que el pistón reciba un impacto violento y se reduzca la eficiencia del motor. Este efecto puede deberse a una mala regulación de la cantidad de aire que se mezcla con la gasolina o al tipo de gasolina que se está usando, que se caracteriza por su octanaje.

El índice de octano de una gasolina es una medida de su capacidad antidetonante. Las gasolinas que tienen un alto índice de octano producen una combustión más suave y efectiva. El índice de octano de una gasolina se obtiene por comparación del poder detonante de la misma con el de una mezcla de isooctano y heptano.
Al isooctano se le asigna un poder antidetonante de 100 y al heptano de 0. Una gasolina de 97 octanos se comporta, en cuanto a su capacidad antidetonante, como una mezcla que contiene el 97% de isooctano y el 3% de heptano.

La gasolina comercial: Como se dijo antes, la fracción de gasolina obtenida en la destilación de petróleo es insuficiente para satisfacer el elevado consumo y además sólo alcanza a tener un índice de octano entre 40 y 60, demasiado bajo para ser usado en motores modernos de combustión interna. Por ello, los científicos se vieron en la necesidad de desarrollar procedimientos para transformar los componentes de otras fracciones del petróleo en gasolina, es decir, remodelar las moléculas para lograr más y mejores gasolinas. Los procesos para estos fines son el Cracking, la Polimerización y la Isomerización.

Cracking: Consiste en el calentamiento, a altas temperaturas, de los aceites pesados de cadena larga, que contiene el petróleo, a fin de provocar la fragmentación de las cadenas, dando origen a otras más pequeñas. El cracking se ha mejorado al incorporarse catalizadores como el óxido de alumnio (Al2O3). El catalizador aumenta la velocidad de la reacción química pero no se consume en ella.
Isomerización: Es la reorganización de las cadenas de carbono lineales en otras ramificadas a través de la temperatura y de catalizadores. Con este procedimiento mejora la calidad de la bencina. Los hidrocarburos lineales se queman con mucha rapidez originando detonaciones que pueden dañar el motor, mientras que los ramificados tienen una combustión más adecuada.
Polimerización: Proceso en el cual hidrocarburos con bajo número de átomos de carbono se transforman en moléculas más grandes.

De lo anterior se puede inferir que la gasolina comercial es una mezcla de gasolina natural con diferentes porcentajes de gasolina obtenida mediante los procesos mencionados. Para mejorar el octanaje de estas mezclas se agregan compuestos llamados antidetonantes como es el tetraetilplomo (TEP). Basta agregar una pequeña cantidad de TEP para elevar el índice de octano en 20 unidades.

De ahí proviene la nominación de gasolinas con plomo y sin plomo. Las gasolinas con plomo resultan más económicas que las sin plomo, pero desgraciadamente, auque este aditivo es muy buen antidetonante y barato, es un compuesto tóxico y la eliminación de compuestos de plomo por el tubo de escape causa un grave problema de contaminación ambiental. Sin embargo, el hecho de que una gasolina no contenga plomo, no significa que no sea contaminante. El smog producido en el ambiente proviene principalmente de hidrocarburos no quemados, del monóxido de carbono CO y de los óxidos de nitrógeno NOx. Para reducir la emisión de estos gases, se han incorporado a los automóviles, los convertidores catalíticos cuya misión es transformar estos gases contaminantes en otros gases menos contaminantes entre los cuales están el CO2, H2O y N2.

Petroquímica. El petróleo como materia prima

2010-02-21T21:57:00.001-03:00

Si bien es cierto que el petróleo en el mundo está destinado en un 91,5% para ser utilizado como combustible, el 8,5% restante es usado como precursor de una gran variedad de compuestos que forman parte de nuestras actividades diarias, como plaguicidas, adhesivos, fibras sintéticas, colorantes, materiales de construcción, explosivos, farmacéuticas, alimenticias, químicas y muchas otras. Todos ellos se obtienen a partir de las fracciones de la destilación primaria del crudo, sometiéndolos a diversos procesos químicos, los que forman parte de la llamada química del petróleo o petroquímica. A estos productos químicos se les denomina productos petroquímicos, porque se producen en gran cantidad a partir del petróleo.

La mayoría de los productos petroquímicos son orgánicos, sin embargo, a partir del petróleo también se pueden obtener grandes cantidades varias de productos inorgánicos como por ejemplo amoníaco (NH3) y azufre (S) de los que derivan también otros productos químicos importantes como las sales de amonio, y el ácido sulfúrico (H2SO4), respectivamente. Desde el punto de vista de la petroquímica, los hidrocarburos más importantes, son los alquenos (eteno o tileno, propeno, butenos) y los aromáticos livianos (benceno, tolueno) los que se encuentran sólo en pequeñas cantidades en el crudo. Por ello, para obtenerlos, se recurre al proceso de cracking o craqueo o a procedimientos más específicos.

Del etileno gaseoso se obtiene alcohol etílico o etanol (C2H5OH) y ácido acético (CH3COOH). Es además materia prima para producir muchos polímeros importantes y otros productos petroquímicos.
El tolueno es materia prima para producir otras sustancias químicas que finalmente llevan a la elaboración de medicamentos, detergentes, saborizantes y perfumes, pastas dentífricas, plastificantes, resinas, etc.

El desarrollo de la petroquímica en los últimos 50 años ha demostrado que el petróleo es la materia prima ideal para sintetizar una gran variedad de productos químicos en grandes volúmenes y a bajo precio ya que, además de ser abundante, contiene una vasta gama de hidrocarburos fácilmente transformables mediante los procesos disponibles en las refinerías.

Energías alternativas. ¿Reemplazamos al petróleo?

2010-02-21T21:56:00.000-03:00

Existen 3 razones válidas que hacen pensar en reemplazar el uso del petróleo como fuente energética:

Es un recurso no renovable y por lo tanto algún día no muy lejano se agotará.
Si continuamos quemando el crudo, los problemas ambientales seguirán incrementándose aún cuando se tomen las medidas necesarias de prevención y mitigación.
Cuando se termine el petróleo no podremos seguir disfrutando de los beneficios logrados con la petroquímica.

Por ahora es evidente la necesidad de utilizar el petróleo como combustibles, pues todavía no se han implementado total y masivamente en el mundo otras fuentes energéticas alternativas, ya sea por problemas de desarrollo tecnológico, económico y/o resistencia a los cambios de parte de la población, ya que sabemos que cualquier innovación siempre cuesta incorporarla a nuestros arraigados sistemas de vida.

Se esta investigando en el desarrollo de baterías livianas y eficientes para automóviles que sustituiriá el uso de la gasolina por energía eléctrica. La energía solar es también una buena solución para calentar agua, temperar los hogares, cocer alimentos e incluso para producir electricidad. Otra forma de energía utilizable es la biomasa, la que se produce a partir de productos vegetales como leña, aserrín desechos agrícolas, papales y cartones. En Chile el 15% de las necesidades energéticas son cubiertas por este tipo de energía. Se utiliza para calentar cocinar y en centrales termoeléctricas.

El biogás es otro recurso energético alternativo y se obtiene a partir de la descomposición por bacterias anaeróbicas de los desechos orgánicos como estiércol de animales o desechos agrícolas. El biogás es una mezcla de gases, metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2), nitrógeno (N2) y sulfuro de hidrógeno (H2S), por esto es un combustible económico y renovable, utilizable en motores, industrias y hogares. El biogás es muy importante en países en vías de desarrollo y en los industrializados se está considerando como una alternativa al petróleo.
En Chile se han realizado experimentos pilotos de biodigestión de depósitos de basura y rellenos sanitarios de la Región Metropolitana.

Existen, además, otros tipos de energías como la eólica, la geotérmica, y la energía nuclear.

Producción y reservas de petróleo

2010-02-21T21:55:00.001-03:00

Se sabe que el petróleo no se encuentra distribuido homogéneamente en el mundo. Existen más de 30 mil campos petroleros en el planeta.
Hasta ahora, sólo 33 de ellos constituyen yacimientos, 25 de los cuales están ubicados en el Medio Oriente o sea el 1% de la corteza terrestre contiene más del 60% de las reservas mundiales.
Chile no posee yacimientos suficientes para autoabastecerse de petróleo. Sólo es capaz de hacerlo en un 20%, por lo que para cubrir las necesidades que el país requiere debe comprar petróleo crudo en el mercado internacional, principalmente desde países de la región como Venezuela.
Luego, las diferentes empresas que operan en el país se dedican a la adquisición de crudo, refinación, venta y transporte de productos derivados, como son los combustibles y los productos petroquímicos para la fabricación de plásticos.
La producción promedio diaria a nivel mundial de petróleo, se encuentra expresada como MBPD (miles de barriles de petróleo diesel).

Es difícil estimar cuanto tiempo tendremos petróleo en el mundo por que no sabemos si se descubrirán y explotarán nuevos depósitos ni cuál será el ritmo de consumo en los próximos años. Es probable que cuando empiece a escasear, el precio suba y entonces el mundo se empeñe en buscar fuentes energéticas alternativas y así disminuya su consumo.

OPEP: Organización de Países Exportadores de Petróleo

2010-02-21T21:53:00.000-03:00

La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) es una organización económica internacional, con sede en Viena.
Sus fines son la unificación y coordinación de las políticas petroleras de los países miembros, con la defensa de sus intereses como naciones productoras.
Fue fundada en Bagdad, el 14 de septiembre de 1960 con la iniciativa del venezolano Juan Pablo Pérez Alfonzo. Incialmente integrada por cinco países (Arabia Saudí, Iraq, Irán, Kuwait y Venezuela), ampliándose posteriormente con seis miembros más: Qatar, Indonesia, Libia, Emiratos Árabes Unidos, Argelia y Nigeria. Fueron miembros Ecuador y Gabón.
Fue creada como respuesta a la bajada del precio oficial del petróleo, acordado unilateralmente por las grandes compañías distribuidoras en agosto de 1960.
Otros países importantes en su producción de petróleo no son integrantes de la OPEP como Canada, México, Noruega, Estados Unidos, Rusia y Omán.

Miembros de la OPEP
Irán (1960)
Iraq (1960)
Kuwait (1960)
Arabia Saudí (1960)
Venezuela (1960)
Qatar (1961)
Indonesia (1962)
Libia (1962)
Abu Dhabi (1967)- Emiratos Árabes Unidos (1974)
Argelia (1969)
Nigeria (1971)
Ecuador (1973-1992)
Gabón (1975-1995)

El agua y su distribución en la Tierra

2010-02-21T21:52:00.001-03:00

La vida se desarrolla en la biosfera o esfera de la vida. Reconocemos en ella la atmósfera que rodea el suelo terrestre o geosfera, donde se sustenta una gran masa de agua o hidrosfera. Podemos encontrar al agua en pequeñas gotas suspendidas en el aire, en los ríos y mares, en los hielos de los icebergs, en los organismos vivos y en muchos otros lugares.
Tal como lo planteara, en el año 1922, el biólogo y químico ruso, Alexander Oparin “El agua es la cuna de la vida surge la materia orgánica capaz de crear a los seres vivos”.

Distribución del agua en la Tierra
Aguas oceánicas:

El 98% del agua de la biosfera se encuentra en los mares y océanos, las grandes reservas de agua del planeta. Estas aguas contienen inmensas cantidades de sales disueltas.

Aguas continenetales:

El 2% restante de la hidrosfera corresponde al agua dulce, que se concentra en los lagos, ríos, lagunas, napas subterráneas y capas de hielo. Estas aguas se caracterizan por tener pocas sales minerales disueltas.

Observaciones

Las aguas de las napas subterráneas o capas freáticas, llegan de la superficie, infiltrándose a través del suelo formando magníficas despensas de agua.

Generalmente en las regiones áridas del planeta, estas aguas subterráneas representan el abastecimniento de agua para la población.

Las aguas subterráneas son susceptibles a alteraciones por contaminación. Es común que los residuos que proceden de las actividades industriales y agrícolas se infiltren hacia las profundidades del suelo y degraden estas aguas.

Naturaleza, estructura y composición del agua

2010-02-21T21:50:00.000-03:00

Hace fines del siglo XVII, el agua era considerada un elemento, es decir, una sustancia formada por una sola clase de átomos. Sin embargo, en 1781, el químico inglés Henry Cavendish demostró que el agua se formaba durante la combustión del gas hidrógeno. Cavendish afirmaba: si el hidrógeno arde es porque reacciona con el oxígeno del aire formando el agua. Ahora bien, como las propiedades del agua son distintas a las de los gases hidrógeno y oxígeno (ambos elementos), el agua no es una mezcla: es un compuesto (sustancias formadas por distintas clases de átomos). En la actualidad, a través de un proceso llamado hidrólisis es posible demostrar que los elementos constitutivos de agua son el H y O. El procedimiento consiste en descomponer el agua, aplicando corriente eléctrica para obtener hidrógeno y oxígeno gaseoso.

La estructura de la molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno los cuales se unen a través de un enlace covalente polar, dando como resultado una molécula de geometría angular, es decir, los átomos de hidrógeno están separados por un ángulo de 105º.

Por otra parte, como sabemos, su fórmula química es H2O, que nos indica que la proporción de hidrógeno y oxígeno en la molécula de agua es 2: 1.
Si comparamos los átomos de H y O, veremos que este último es un átomo de mayor tamaño, y por lo mismo, tiene más electrones o densidad electrónica que el átomo de hidrógeno. Esta característica determina que la molécula de agua sea polar, es decir, sobre el átomo de oxígeno hay una densidad electrónica mayor que genera una carga parcial negativa. Dicho de otro modo En el enlace químico que se forma entre el O y H participan los electrones del nivel más externo de sus átomos, los cuales son atraídos fuertemente hacia el oxígeno debido a su mayor electronegatividad (tendencia de un átomo para atraer electrones) lo que implica una polarización del enlace, es decir, el oxígeno adquire carga parcial negativa y el hidrógeno caraga parcial positiva. Estos enlaces polarizados y la naturaleza angular de la estructura de la molécula de agua dan lugar a un tipo de molécula polar. Esto significa que la molécula de agua tiene carga postiva hacia el extremo donde se encuentran los átomos de hidrógeno y carga negativa hacia el extremo contraio donde se ubica el átomo de oxígeno.

Del mismo modo que existen las uniones interatómicas, hay otras: las uniones intermoleculares, que permiten mantener unidas las moléculas de un compuesto. Dadas las características de polaridad de la molécula de agua, la unión se establece por medio de una fuerza de atracción intermolecular llamada enlace por puente de hidrógeno.

Dicho de otro modo, el extremo positivo de una molécula de agua resulta fuertemente atraído por el extremo negativo de otra molécula de agua cercana de forma que con las moléculas del entorno próximo se forman redes de moléculas unidas entre sí a través de un tipo de enlace especial llamado enlace por puente de hodrógeno.

Estados físicos del agua

2010-02-21T21:49:00.002-03:00

El agua se encuentra en nuestro planeta en los 3 estados físicos (sólido, líquido y gaseoso). En todos ellos, las moléculas son idénticas y las diferencias se deben al tipo de interacciones que existen entre ellas en cada caso. En el proceso de pasar de un estado a otro, se forman o se rompen enlaces intermoleculares (entre moléculas), mientras que los enlaces intramoleculares (dentro de la molécula) permanecen intactos, es decir se mantiene el mismo compuesto sin cambiar sus propiedades químicas, solamente cambia su estado físico.

En el esquema anterior se aprecia que para que el agua pase de hielo a agua líquida y posterioremente a vapor se requiere sumnistrarle energía térmica, mientras que el proceso inverso de vapor a agua líquida y a hielo, el agua debe entregar calor al medio.

1. Agua líquida: El agua líquida se comporta como el resto de los líquidos: tiene masa, ocupa un volumen determinado y se adapta al recipiente que la contiene. La estructura molecular del agua líquida es una red de puentes de hidrógeno, con moléculas que tienen cierta movilidad.

2. Agua sólida: En el agua sólida las moléculas se ordenan de tal modo que ocupan mayor espacio que si estuvieran en estado líquido, presentando una estructura cristalina abierta. Esta es una característica única del agua; todos los demás líquidos al solidificarse contraen su volumen, en cambio en el agua se expande el volumen.

3. Vapor de agua: En el estado gaseoso las moléculas de agua se separan totalmente unas de otras, con lo cual los puentes de hidrógeno se anulan totalmente.

La siguiente figura muestra la distribución de las moléculas de agua en cada uno de los 3 estados físicos de ella.

Propiedades del Agua

2010-02-21T21:48:00.001-03:00

Las propiedades del agua dependen de la polaridad de la molécula de agua y la posibilidad de sus moléculas para formar puentes de hidrógeno.

1. Punto de fusión y ebullición: El agua tiene puntos de ebullición y de fusión más elevados que la mayoría de los líquidos. A nivel del mar, el punto de ebullición del agua es 100º C y el de fusión es 0º C.
Recordemos que el punto de ebullición (p.e) de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala a la presión atmosférica que se ejerce sobre dicho líquido. La presión que actúa sobre un líquido influye significativamente sobre su punto de ebullición. El agua hierve (ebulle) a 100 ºC si está sometida a una presión de 1 atmósfera, sin embargo, si la presión disminuye hasta 0,06 atmósferas, la ebullición se produce a 0 ºC. Es por eso que en lugares cada vez más altos, donde la presión es cada vez menor, el agua puede ebullir a temperaturas menores a 100 ºC.
Los elevados puntos de ebullición y fusión del agua se deben a que la molécula es altamente polar y que sus estados líquido y sólido las moléculas de agua se asocian fuertemente mediante puentes de hidrógeno.

Si se calienta una masa de hielo, su temperatura aumenta gradualmente hasta que alcanza 0°C en que el hielo comienza a fundirse. Durante la fusión, la temperatura permanece constante (punto de fusión) porque el calor absorbido por la masa se emplea en vencer las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua del hielo. Una vez que la masa se ha fundido totalmente, el calor absorbido aumenta la energía cinética de las moléculas de agua y la temperatura aumenta hasta llegar a 100°C, donde comienza la ebullición. Durante ésta la temperatura permanece constante (punto de ebullición) porque el calor se está empleando para superar las fuerzas de atracción entre las moléculas al estado líquido. Cuando las moléculas están en fase vapor, la temperatura aumenta de nuevo.

En la figura se puede observar, que la primera parte de la curva que es paralela al eje del tiempo y que corresponde a la coexistencia de hielo-agua a 0°C, es más pequeña que la correspondiente parte que corresponde al paso de agua-vapor.

2. Densidad: Es otra propiedad que permite identificar una sustancia. Para conocer su valor se debe tener la masa y el volumen. La densidad del agua a 4º C es 1g / mL.
Durante el proceso de enfriamiento del agua desde los 100 ºC, se produce una contracción de volumen (aumenta la densidad) hasta llegar a la temperatura de 3,98 ºC (casi 4 ºC) en que alcanza su máxima contracción (máxima densidad), ya que al continuar enfriando, vuelve a dilatar su volumen (disminuye su densidad) hasta que se solidifica. El paso de agua líquida al hielo (a 0 ºC) va acompañado de un aumento considerable de volumen, disminuyendo significativamente su densidad. Debido a lo anterior, el hielo flota en el agua y produce importantísimos fenómenos mecánicos de rotura y disgregación de las rocas.
Además, el agua tiene otra propiedad importante: puede mantenerse muchos grados bajo cero sin solidificarse. Al contrario de los que sucede en la mayoría de los líquidos (que no se dilatan al molificarse).

3. Tensión superficial: Las moléculas en la superficie de un líquido se comporta en forma diferente a las que se encuentran en su interior. Estas últimas interactúan con otras moléculas en todo su entorno, en cambio, las de la superficie del líquido sólo son afectadas por las moléculas que se encuentran debajo y a los lados. Esto produce una fuerza de atracción neta hacia el interior sobre las moléculas de la superficie, contrayendo la superficie y produciendo un efecto como si fuera una membrana elástica.

La tensión superficial es la energía requerida para expandir una superficie líquida y es más alta para los líquidos que poseen atracciones intermoleculares fuertes. La tensión superficial es alta debido a la polaridad de sus moléculas y al gran número de puentes de hidrógeno que aumentan la cohesión de las moléculas entre sí. Precisamente las gotas de agua son esféricas debido a su elevada tensión superficial. Por esta misma razón, el agua es capaz de mantener sobre ella pequeños objetos que tienen mayor densidad.

Pincha sobre el video donde se aprecia la tensión superficial del agua.

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4. El agua posee una alta capacidad calorífica: Cuando se calienta un material, aumenta su temperatura, pero la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura es diferente en cada sustancia: algunos materiales necesitan mucha energía térmica para elevar su temperatura y otros menos. Para medir esta propiedad en las sustancias se utiliza una magnitud llamada Capacidad Calorífica Específica y se define como el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius. Cada sustancia tiene una capacidad calorífica diferente.
La capacidad calorífica del agua es muy alta lo que se debe a sus enlaces por puente de hidrógeno. Esta característica del agua se manifiesta en que es preciso transferir más energía térmica para fundir el hielo, calentar y vaporizar agua, que para hacer lo mismo con casi cualquier otra sustancia.

Ciclo natural del agua

2010-02-21T13:38:00.001-03:00

La cantidad de agua en la biosfera es constante y la hallamos en diferentes estados según el lugar o zona en que se encuentre.

¿Cómo circula el agua en la biosfera?

Gran porcentaje de las aguas está en permanente circulación, transfiriéndose de un lugar a otro. A través de la evaporación de las aguas superficiales de océanos, ríos o lagos, o por la transpiración de vegetales y animales, llegan a la atmósfera grandes masas de agua en estado gaseoso (vapor de agua), que luego se condensa formando las nubes. Desde ellas, el agua precipita como nieve, lluvia o granizo, incorporándose nuevamente a las cuencas acuosas e infiltrándose en los suelos continentales. Así, la distribución del agua en la naturaleza mantiene un constante equlibrio, ya que se recicla una y otra vez.

¿Qué cantidad de agua circula en la biosfera?

Son muchos miles de billones de metros cúbicos de agua los que están circulando entre la atmósfera, océanos, glaciares, aguas superficiales y aguas subterráneas.

El mayor intercambio de aguas se produce dentro del océano a través de la circulación marina. Se ha calculado que, desde las aguas superficiales a las profundas, circulan alrededor de 700 billones de metros cúbicos de agua. Desde las aguas oceánicas superficiales se evaporan 369 millones de metros cúbicos al año, aproximadamente.

A través del ciclo del agua, la cantidad de esta en la Tierra es siempre la misma; no hay posibilidad de recibir más agua de ninguna otra parte. Por lo tanto, es imprescindible no contaminarla y aplicar medidas de conservación.

Influencia del agua en el relieve de la Tierra

2010-02-21T12:58:00.001-03:00

En el ámbito de la geología se conoce como meteorización al proceso de desintegración física y descomposición química de los materiales sólidos en la superficie de la Tierra por la acción de los agentes atmosféricos. Si se piensa en una roca, sería el proceso por el cual la roca se rompe en pequeños fragmentos, se disuelve, o se descompone formándose nuevos minerales. Algunas rocas, especialmente las arcillosas, tienen la tendencia a absorber agua aumentando significativamente su volumen.
Cuando la temperatura aumenta se produce la evaporación y la roca tiende a recuperar su volumen inicial generando una contracción. Este proceso genera tensiones y se produce la desintegración superficial de las rocas. En otros tipos de rocas el agua penetra en las grietas o huecos superficiales, al descender la temperatura del agua en las grietas se congela aumentando su volumen lo que provoca un aumento del tamaño de las grietas en la roca. Con el transcurso del tiempo este proceso termina por romper a la roca.
El agua erosiona la superficie de la Tierra

El fenómeno conocido como erosión consiste en la remoción de la capa superficial del suelo y de roca meteorizada por efecto de la acción del viento y la lluvia. Bajo condiciones naturales, la erosión es un proceso muy lento, pero como resultado de la explotación forestal, del exceso de pastoreo, de prácticas inapropiadas de cultivo, de la instalación de industrias y de la urbanización, el suelo vegetal apto para la agricultura se erosiona aceleradamente. Las avalanchas y los desprendimientos de tierra, roca y barro, que son ejemplos de erosión repentina y masiva, suelen ser muy peligrosas.
El agua juega un papel muy importante en el transporte del material erosionado. La lluvia, si cae con fuerza, puede arrastrar la capa superficial de rocas desintegradas y de suelo, produciendo erosión. Cuando un lugar recibe más agua, ya sea en forma de lluvia, nieve o hielo, de la que el terreno pueda absorber, el agua fluirá arrastrando el material suelto. En la costa, la erosión de acantilados rocosos y playas de arena es el resultado de la acción del mar, las olas y las corrientes marinas. En algunos lugares, la pérdida de terreno debido a la erosión costera representa un serio problema.

El agua: Fuente de vida

2010-02-21T12:56:00.001-03:00

El planeta Tierra es el único que posee agua en estado líquido y es el único, que se sepa hasta el momento, donde se han podido desarrollar los seres vivos cuya existencia depende de este compuesto. De hecho, entre el 50 y 90% de la masa de los organismos vivos corresponde al agua.
Todas las reacciones químicas involucradas en los procesos biológicos se producen en el citoplasma de las células, que es un medio acuoso donde están disueltos carbohidratos, proteínas, sales y otras sustancias.
La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua. Gracias a la gran capacidad de disolución que posee el agua, la sangre y la savia pueden transportar las sustancias alimenticias a las células de los animales y de las plantas.
Por otra parte, los organismos acuáticos como los peces, toman el oxígeno disuelto en el agua para su respiración. El agua también tiene influencia en el control de la temperatura del cuerpo debido a su elevado calor específico. La transpiración sobre la superficie del cuerpo se evapora absorbiendo calor, lo que provoca la disminución de la temperatura de la piel.

Aguas duras y aguas blandas

2010-02-21T12:54:00.001-03:00

En su recorrido por los ríos desde la montaña, el agua disuelve las rocas calizas constituidas por carbonato de calcio CaCO3, el cual se encuentra abundantemente distribuido en la Tierra. Además, disuelve cloruros (Cl-), sulfatos (SO42-) y nitratos (NO3-) de calcio (Ca) y magnesio (Mg) por lo que adquiere un alto contenido de iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+)
La roca caliza es muy insoluble en agua, sin embargo, reacciona con el dióxido de carbono (CO2 proveniente del aire atmosférico) disuelto en el agua y se transforma en bicarbonato de calcio Ca(HCO3)2 que si es soluble en agua. La reacción que se produce es la siguiente:

Estas sales disueltas en el agua no constituyen un factor de peligro para la salud humana, pero presentan serios inconvenientes en los procesos de lavado doméstico e industrial ya que se combinan con el jabón formando sales insolubles que impiden la formación de espuma y lo que es más importante, disminuyen la disponibilidad del jabón, aspecto fundamental en los procesos de lavado. Son perjudiciales también, en instalaciones industriales que requieren el uso de calderas, ya que al calentar o hervir este tipo de agua se producen costras de carbonato de calcio CaCO3. Este fenómeno se observa comúnmente en ollas y teteras en nuestros hogares. Por efecto del calor, se invierte la reacción de disolución del CaCO3 para producir nuevamente el precipitado de CaCO3.

El contenido de estas sales, determina la “dureza” del agua. Si el contenido de bicarbonatos y sulfatos de calcio y magnesio en el agua es alto, se dice que el agua es dura y si el contenido es bajo o está libre de estos compuestos, se dice que el agua es blanda.

Existen dos tipos de dureza

Dureza temporal: Está determinada por el contenido de carbonatos de calcio y magnesio. Puede eliminarse por ebullición del agua y posterior separación de los precipitados por filtración. Se le conoce también como dureza de carbonatos.

Dureza permanente: Está determinada por el contenido de otras sales de calcio y/o magnesio y no se puede eliminar por ebullición. El agua que posee esta dureza puede ablandarse haciéndola pasar a través de un cilindro que contiene una resina capaz de absorber los iones metálicos que producen la dureza (Ca2+ y Mg2+) y liberar iones sodio (Na+). El método se denomina intercambio iónico y consiste en reemplazar los iones indeseables por iones sodio.
También se puede eliminar esta dureza, añadiendo carbonato de sodio Na2CO3 en una cantidad adecuada para precipitar los iones calcio como carbonato de calcio y luego separar este precipitado por filtración. La dureza permanente también se denomina dureza de no carbonatos o no carbónica.

En general el grado de dureza del agua corresponde a los mg/L de sales de calcio o de magnesio aunque se expresa como mg/L de carbonato de calcio. Así, el agua potable tiene, en promedio, una dureza de 250 mg/L de carbonatos de calcio y el límite máximo permisible es de 300 mg/L de dureza. El agua destinada al uso en calderas debe ser blanda.

Gases atmosféricos

2010-02-21T12:53:00.003-03:00

Nitrógeno (N2): Es un gas que se presenta como molécula diatómica y es el componente más abundante del aire. Es poco reactivo (reacciona con dificultad con otras sustancias, forma óxidos solo a altas temperaturas), no es tóxico, es incoloro e insípido y diluye a los demás componentes del aire. A Lavoisier le parecía tan inerte que lo llamo "azoe" (azote en francés) que significa sin vida. Sin embargo, los compuestos del nitrógeno son componentes vitales de los alimentos, fertilizantes y explosivos. El nitrógeno también forma parte de muchas moléculas biológicas como las proteínas.
Como es un gas bastante inerte se usa en ambientes en que es peligrosa o indeseable la presencia de oxígeno. El nitrógeno tiene la propiedad de licuarse a una temperatura muy baja. En medicina se utiliza el nitrógeno líquido, a una temperatura cercna a -195ºC para congelar muestras biológicas. Sirve para concervar órganos durante períodos prolongados de tiempo con el fin de realizar transplantes. También se utiliza en las técnicas de reproducción asistida, para congelar óvolus, espermatozoides y embriones.

Ciclo de nitrógeno

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Oxígeno (O2): Es un componente fundamental del aire y forma el 20,9% de la atmósfera. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Aunque es relativamente no tóxico, el oxígeno puro puede ser tóxico si se inhala en grandes cantidades. El oxígeno atmosférico proviene de la fotosíntesis de las plantas verdes y del plancton marino y es necesario para la respiración de las plantas y animales. El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, mientras que en el Sol es el tercer elemento más abundante. La atmósfera de Marte contiene un 0,15% de oxígeno.

El oxígeno juega un papel fundamental en las reacciones de combustión. Una reacción de combustión es aquella en que elementos o compuestos (combustibles) reaccionan con oxígeno (comburente) formando los correspondientes óxidos (ExOy) con liberación de calor y luz. la respiración no es más que una combustión lenta, mientras que otra reacción de combustión importante en los animales es la que se produce con el azúcar pa la obtención de energía.

C6H12O6(ac) + 6O2(g) ====== 6CO2(g) + 6H2O(l) + Energía

El oxígeno es un gas muy reactivo y se conocen óxidos de la mayoría de los elementos. Forma parte de una gran variedad de compuestos fundamentales como el H2O y los silicatos (compuestos que contienen silicio, oxígeno y otros elementos) que constituyen las rocas de la Tierra.

Gases nobles: Se caracteriza por su propiedad de no reaccionar con otras sustancias. El argón, el neón, el helio, el kriptón, el xenón y el radón forman el grupo de elementos llamados gases nobles. Su abundancia en la Tierra es baja y son poco reactivos debido a su estructura electrónica. Por esta razón se utiliza el argón para llenar las ampolletas y evitar que el filamento de wolframio se oxide al calentarse.

El dióxido de carbono (CO2): Que junto con los gases nobles constituyen aproximadamente el 1% del aire, es un gas incoloro, inodoro y no tóxico. Cuando una atmósfera contiene uan alta concentración de CO2 puede tener efectos nocivos y provocar asfixia, pero esto ocurre solamente por la falta de oxígeno.

El dióxido de carbono se produce por la combustión en presencia de oxígeno, de cualquier tipo de carbón o de compuestos que contengan carbono.

C(s) + O2(g) ======= CO2(g)

Cuando hay baja concentración de oxígeno O2, se produce una mezcla de monóxido de carbono CO y CO2 (el monóxido de carbono CO es un gas muy tóxico y peligroso, pues sustituye al oxígeno y puede provocar la muerte por asfixia).

Muchos carbonatos desprenden CO2 cuando se descomponen al calentarlos a elevadas temperaturas y todos desprenden CO2 al hecerlos reaccionar con ácidos. El CO2 también se obtiene comomproducto de la fermentación dela zúcar y otros compuestos vegetales en la que se produce, además, etanol o alcohol etílico.

C6H12O6(ac) + fermento ====== 2C2H5OH(ac) + 2CO2(g)

y constituye un producto final en el metabolismo animal:

C6H12O6(ac) + 6O2(g) ======= 6CO2(g) + 6H2O + Energía

Ciclo del carbono
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Agua (H2O): Se encuentra formando parte del aire en sus tres estados físicos. Su papel es fundamental en la generación de los diversos fenómenos metereológicos y juega un papel importante en las características del clima. La concentración de agua en el aire presenta notables variaciones, entre el día y la noche, entre las estaciones del año y con la altura y posicición sobre la Tierra.

Leyes de los gases

2010-02-21T12:51:00.001-03:00

Las variaciones que puede experimentar el volumen (V) de una muestra de aire, por efecto de los cambios de presión (P) y temperatura (T), siguen el mismo patrón de comportamiento que todos los demás gases. Estos cambios se describen claramente a través de las Leyes de los Gases.

Ley de Boyle:
En el siglo XVII, Robert Boyle demostró que el volumen ocupado por una misma masa de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que soporta. Es decir, si la presión de un gas aumenta, el volumen del gas disminuye en la misma proporción. Según la siguiente expresión:

P x V = constante
Por lo tanto, para las condiciones iniciales (1) y finales (2) de P y T se cumple que:

P1 x V1 = P2 x V2

Laboratorio de la Ley de Boyle

Ley de Charles:
El químico francés Jacques Alexandre Charles estableció que el volumen de una cierta masa de gas a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta expresada en Kelvin. El valor de la constante, en la siguiente expresión, está determinado por la masa y la presión del gas dado.
La proporcionalidad directa del volumen V con la temperatura T implica que:

V1 / T1 = V2 / T2

El aumento del volumen de los gases con un aumento de la temperatura nos explica la diferencia de la densidad del aire caliente y del frío. Al disminuir la temperatura disminuye el volumen del aire y, por lo tanto, aumenta su densidad. Esta es la razón de que el aire frío se sitúe en las partes inferiores de la atmósfera y el aire caliente en las superiores.

Laboratorio de la Ley de Charles

Ley de Gay-Lussac:
El químico francés J. Gay-Lussac logró establecer la relación entre la presión y el volumen de un gas, concluyendo lo siguiente:
Si el volumen de un gas no cambia mientras calentamos, la presión del gas aumenta en la misma proporción en que se incrementa la temperatura. Esto significa que la presión que ejerce un gas es directamente proporcional a la temperartura, siempre que el volumen sed mantenga constante, de acuerdo a lo siguiente: P / T = constante (cuando el volumen no cambia).
Por lo tanto, se cumple que:

P1 / T1 = P2 / T2

Hasta ahora hemos estudiado el comportamiento de los gases, manteniendo una de las variables constante: Sin embargo, los gases se expanden o contraen en la naturaleza poniendo en juego todas las variables descritas anteriormente. Por lo tanto, la realidad determina la necesidad de encontrar una ley que pueda relacionar la temperatura, la presión y el volumen: esta es la Ley General de los gases.

Ley General de los gases:
Establece que para una masa determinada de cualquier gas, se cumple que el producto de la presión por el volumen dividido por el valor de la temperatura es una constante:

P x V / T = constante

Por lo tanto, se cumple que:

P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2

El átomo en el tiempo

2008-10-27T16:54:00.000-03:00

El átomo en el tiempo

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Escribiendo configuraciones electrónicas

2008-04-23T18:21:00.003-04:00

Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:

Conocer el número de electrones del átomo (Z = p = e).

Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo.

Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (orbital s = 2e, p =6e, d = 10e y f = 14e).

Verificar que la suma de los superíndices sea igual al número de electrones del átomo.

Para completar las configuraciones electrónicas se utiliza un esquema de llenado de los orbitales atómicos llamada regla de la diagonal.

El sistema periódico de los elementos químicos

2008-04-19T09:42:00.006-04:00

Configuración electrónica y los principios que la regulan

2008-04-18T11:09:00.011-04:00

La configuración electrónica es la distribución de los electrones dentro del átomo según principios que la regulan.

1. Principio de construcción, constitución o de Aufbau:

Este principio establece que los electrones irán ocupando los niveles de más baja energía, en forma creciente, es decir, los electrones irán ocupando los niveles de energía más cercano al núcleo en adelante.

2. Principio de exclusión de Pauli: Este principio establece que no pueden haber 2 electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Por tanto, en un orbital sólo caben dos electrones que compartirían tres números cuánticos y se diferenciarían en el número cuántico de spin (s).

Ejemplo: los números cuánticos del primer y segundo electrón son:

Primer electrón: n = 2, l = 0, m = 0 y s = +1/2

Segundo electrón: n = 2, l = 0, m = 0 y s = -1/2

3. Principio de Máxima multiplicidad. Regla de Hund: Este principio establece que para orbitales de igual energía, la distribución más estable de los electrones, es aquella que tenga mayor número de espines paralelos, es decir, electrones desapareados. Esto significa que los electrones se ubican uno en uno (con el mismo espin) en cada orbital y luego se completan con el segundo electrón con espin opuesto.

Escribiendo configuraciones electrónicas

2008-04-17T15:26:00.003-04:00

Números cuánticos y configuración electrónica

2008-04-17T09:51:00.007-04:00

El modelo atómico de Bohr introdujo un sólo número cuántico (n) para describir una órbita. Sin embargo, la mecánica cuántica, requiere de 3 números cuánticos para describir al orbital (n, l, ml):

1. Número cuántico principal (n):

Representa al nivel de energía y su valor es un número entero positivo (1, 2, 3, ....) y
se le asocia a la idea física del volumen del orbital.

n = 1, 2, 3, 4, .......

2. Número cuántico secundario o azimutal (l):

Identifica al subnivel de energía delélectrón y se le asocia a la forma del orbital.
Sus valores dependen del número cuántico principal (n), es decir, sus valores son todos los enteros entre 0 y n - 1, incluyendo al 0.

3. Número cuántico magnético (m o ml):

Describe las orientaciones espaciales de los orbitales.
Sus valres son todos los enteros entre -l y +l, incluyendo al 0.

Valor de m según el ingreso del último electrón al orbital.

4. Número cuántico de spin (s o ms):

Informa el sentido del giro del electrón en un orbital.
Indica si el orbital donde ingreso el último electrón está completo o incompleto.
Su valor es +1/2 o -1/2

En una configuración electrónica, un electrón puede ser representado simbólicamente por:

Los números cuánticos para el último electrón en este ejemplo serían:

n = 3

l = 1

m = -1

s = +1/2

Soluciones o disoluciones químicas

2006-07-10T14:05:00.002-04:00

Son mezclas homogéneas (una fase) que contienen dos o más tipos de sustancias denominadas soluto y solvente; que se mezclan en proporciones variables; sin cambio alguno en su composición, es decir no existe reacción química.

El agua de mar es una solución de diversas sales en agua, el aire limpio y puro es una solución de nitrógeno, oxígeno y otros gases. Muchos de los líquidos que se beben son soluciones. En nuestro organismo, también encontramos soluciones como el suero sanguíneo, la orina, la sangre, las secreciones, entre otras.

Soluto + Solvente → Solución

Soluto:

Es la sustancia que se disuelve o solubiliza, se le llama fase dispersa y siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en masa o volumen.
En una solución pueden haber varios solutos.
A la naturaleza del soluto se deben el color, el olor, el sabor y la conductividad eléctrica de las disoluciones.
El soluto da el nombre a la solución.

Solvente (o disolvente):

Es la sustancia que disuelve, solibiliza o dispersa al soluto,`por lo que se llama fase dispersante y generalmente se encuentra en mayor proporción.
Existen solventes polares (agua, alcohol etílico y amoníaco) y no polares (benceno, éter, tetracloruro de carbono).
En las soluciones líquidas se toma como solvente universal al agua debido a su alta polaridad.
El solvente da el aspecto físico de la solución.

Mezclas: Homogéneas y heterogéneas

2006-07-10T13:46:00.001-04:00

A diferencia de los compuestos, una mezcla está formada por la unión de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran químicamente combinadas. Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas.

Las mezclas están compuestas por una sustancia, que es el medio, en el que se encuentran una o más sustancias en menor proporción. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que están en él.

De acuerdo al tamaño de las partículas de la fase dispersa, las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

a) Mezclas homogéneas:

Son aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase física.

Ejemplo:

El agua potable es una mezcla homogénea de agua (fase dispersante) y varias sales minerales (fase dispersa). Sin embargo, no vemos las sales que están disueltas; sólo observamos la fase líquida.

Entre las mezclas homogéneas se distingue una de gran interés: la solución o disolución química.

b) Mezclas heterogéneas:

Son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, apreciándose más de una fase física.

Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.

Característica de la mezcla: 2 fases (difásico)
2 componentes (agua y aceite)
Sistema binario (existen 2 componentes)

Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: emulsiones, suspensiones y coloides.

Emulsiones: Conformada por 2 fases líquidas inmiscibles. El diámetro de las partículas de la fase dispersa es aproximadamente ≤ 0.005 mm.
Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa.

Suspensiones: Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Las partículas dispersas son relativamente grandes.
Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento.

Coloides o soles: Es un sistema heterogéneo en donde el sistema disperso puede ser observado a través de un ultramicroscopio, el tamaño de las partículas del sistema disperso está entre 10 y 1000 Aº.
Según la afinidad de los coloides por la fase dispersante se denominan: Liofilos si tienen afinidad y Liofobos si no la tienen. Cuando el medio dispersante es el agua se llaman Hidrófilos o Hidrófobos respectivamente.
La fase dispersa está constituida por partículas llamadas micelas, las cuales se hallan en continuo movimiento, siguiendo trayectorias de zig-zag, a este fenómeno se le denomina Movimiento Browniano.Una propiedad óptica de los coloides consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de una disolución coloidal (Efecto Tyndall). Esto no ocurre si el rayo de luz atraviesa una solución verdadera.

Nomenclatura Inorgánica: Compuestos ternarios

2006-05-11T19:18:00.001-04:00

1. Hidróxidos: Son compuestos ternarios que provienen de la combinación de un óxido básico con el agua, por ello estos compuestos contienen un elemento metálico y tantas agrupaciones OH (hidroxilos) como valencias manifieste el metal. La fórmula general para estos compuestos es:

M(OH)v

Con más propiedad podrían definirse como combinaciones entre cationes metálicos y aniones OH-.
Se nombran con la palabra hidróxido seguida de la partícula de el nombre del metal; si este posee más de una valencia, esta se indica en cifras romanas (notación Stcok) detrás del nombre del metal, auque también pueden ser nombrados utilizando la nomenclatura tradicional.

La mayoría de dichas sustancias manifiestan propiedades básicas en disolución acuosa debidas a la común posesión de iones OH-, pero debe tenerse presente que mientras casi todos los hidróxidos son bases, no todas las bases son hidróxidos, siendo el aminíaco (NH3) la más característica de todas las que cumplen esta úlima condición.

Actividad:

1. Escriba el nombre de los siguientes hidróxidos. Pinche aquí

2. Escribe la fórmula correspondiente. Pincha aquí

2. Oxiácidos: Son compuestos químicos que provienen de la combinación de un óxido ácido (anhídridos) con el agua, por lo que están formados por hidrógeno, oxígeno y un no metal. Su fórmula general es: HxNMyOz

La nomenclatura de este tipo de compuestos puede realizarse a través de la nomenclatura tradicional, que predomina sobre la IUPAC. Sin embargo, la IUPAC recomienda el uso gradual y creciente del principio de coordinación generalizado que ya explicaremos más adelante.

Nomenclatura tradicional

Para aprender a formular este tipo de compuestos hay que conocer los números de oxidación con que los no metales pueden actuar. Estos son los siguientes:

Ejemplos de oxiácidos más comunes por grupos:

HALÓGENOS: números de oxidación: +1, +3, +5, +7. Dan oxiácidos con Cl, Br, I pero non o F.

CALCÓGENOS: números de oxidación: +4, +6. Estudiaremos los oxiácidos do S, Se, Te.

NITROGENOIDES: números de oxidación: +3, +5. Estudiaremos los oxiácidos del N, P, As.

CROMO

MANGANESO

Es también imporatnte conocer el significado de los prefijos que aparecen en las denominaciones clásicas, a saber:

a) Tioácidos: El prefijo tio delante del nombre de un ácido significa la sustitución de oxígeno por azufre.

b) Peroxoácidos: El prefijo peroxo delante del nombre de un ácido significa la sustitución de un grupo - O - por el grupo - O - O - (peroxo).

c) Diácidos: Proceden de la condensación de dos moléculas de ácido con pérdida de una molécula de agua.

d) Ciertos elementos no metálicos pueden formar más de un oxiácido con una de sus valencias, por lo general tres, denominándose meta, piro y orto respectivamente, cuando se combinan con 1, 2 y 3 moléculas de agua. Es decir, dichas formas derivan de un distinto grado de hidratación de los correspondientes óxidos ácidos. Los elementos más importantes que presentan dicha propiedad son el fósforo, arsénico, boro, antimonio, silicio, etc.

3. Sales ternarias: Son compuestos resultantes de la sustitución del hidrógeno de los oxiácidos por metales, por lo que su fórmula general sería MxNMyOz.

Se denominan de acuerdo con el nombre del ácido terminado en ito o ato (correspondiente a las terminaciones primitivas oso, para la valencia menor e ico para la valencia mayor) seguido de la preposición de y el nombre del metal en numeral romano (notación Stock), aunque también pueden nombrarse por la nomenclatura tradicional.El metal (parte electropositiva) se coloca delante en las fórmulas. Si se trata de sales dobles se colocan los metales en orden creciente de valencia y si son del mismo grupo en orden decreciente de su número atómico.

Ejemplo de sales dobles

Deducción de las fórmulas de algunas oxisales

Sales ácidas: Resultan de la sustitución parcial del hidrógeno sustituible de un ácido por metales. Se nombran anteponiendo la palabra hidrógeno inmediatamente antes del nombre del anión seguida de la preposición de y el nombre del metal (notación Stock). En la fórmula el hidrógeno se coloca a continuación del metal, inmediatamente antes del anión. Dichos compuestos se nombraban clásicamente empleando el prefijo bi.

Nomenclatura Inorgánica: Compuestos binarios

2006-04-30T17:42:00.001-04:00

En la naturaleza existen numerosos compuestos que deben representarse e identificarse de acuerdo a la capacidad de combinación con que actúan los elementos que intervienen en ellos.

Por tanto la nomenclatura química es el sistema de normas, comunes en todo el mundo, para denominar a los elementos y compuestos químicos.

El organismo encargado de dictar tales normas se llama Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC).

Clasificación de los compuestos químicos según el número de elementos que los constituyen.

Compuestos binarios:

1. Óxidos básicos: Son combinaciones binarias de un metal con el oxígeno en las que el oxígeno utiliza el grado o estado de oxidación -2. La fórmula general que identifica a estos óxidos es la siguiente, donde M es el metal, 2 es la valencia o estado de oxidación del oxígeno, O es el oxígeno y v es la valencia del metal.
Para su nomenclatura se puede utilizar la nomenclatura IUPAC ,Stock o funcional (la más utilizada) y la nomenclatura tradicional.

Nomenclatura IUPAC: Utiliza la palabra "óxido" seguida de la partícula "de" y el "nombre del metal"; si este posee más de una valencia o grado de oxidación, se indica con cifras romanas.

Ejemplos
Na2O Óxido de sodio
FeO Óxido de ferro(II)
Fe2O3 Óxido de ferro(III)

OBS: En el caso de la fórmula del óxido de hierro (II) se han simplificado las valencias Fe2O2 ------ FeO.

Nomenclatura Tradicional: Consiste en agregar a la palabra óxido el nombre del elemento terminado en "ico" (si actúa con su valencia mayor) u "oso" (si actúa con su valencia menor). Si el elemento posee una sola valencia se le hará terminar en "ico".

Ejemplos:

Na2O óxido sódico
CaO óxido cálcico
Hg2O óxido mercurioso
Fe2O3 óxido férrico

Actividad:

1. Indique el nombre para los siguientes óxidos básicos. Para su resolución se recomienda utilizar la nomenclatura IUPAC. Pinche aquí

2. Escriba la fórmula que le corresponda a cada uno de los óxidos básicos que se indican. Pinche aquí

2. Óxidos ácidos:Son combinaciones binarias de un no metal y el oxígeno, en las que análogamente a los anteriores el oxígeno utiliza el grado de oxidación -2. Su fórmula general es la siguiente, donde NM es el no metal, 2 es la valencia o estado de óxidación del oxígeno, O es el oxígeno y v es el estado de oxidación del no metal.

Para nombrarlos, se utiliza la nomenclatura de proporciones o sietmática (clásicamente se les denominaba anhídridos). Para nombrarlos también se utiliza la nomenclatura de Stock y tradicional, teniendo presente que cuando se les nombra en la nomenclatura tradicional la palabra óxido se cambia por anhídrido.

Ejemplo: Nota:

Cuando nombremos algunos compuestos en la nomenclatura tradicional, debemos tener en cuenta que algunos elementos cambian su nombre por su raíz correspondiente.
Como en la nomenclatura tradicional se utilizan las terminaciones oso e ico, para identificar la valencia o estado de oxidación con la cual participa el elemento en el compuesto, debemos realizar una diferenciación de estas terminaciones para aquellos elementos que poseen más de 2 valencias o estados de óxidación. Por esta razón, se resumen a continuación estas diferencias.

Casos especiales

En el caso del cromo y el manganeso, como ambos son elementos anfóteros, es decir pueden actuar como metal y no metal, con su valencia 2 y 3 respectivamente forman óxidos básicos y con sus valencias 4, 6 y 7 respectivamente forman óxidos ácidos. Por lo cual con los primeros se originan hidróxidos y con los segundos oxiácidos.

Actividad

1. Coloque el nombre a los siguientes compuestos. Para ello se recomienda utilizar la nomenclatura sistemática. Pinche aquí

2. Escriba la fórmula correspondiente. Pinche aquí

3. Hidruros: Son combinaciones binarias de cualquier elemento con el hidrógeno, en las que dicho elemento utiliza la valencia 1.

Para hidruros metálicos, se utiliza la palabra hidruro seguida de la partícula de y el nombre del metal (notación de Stock). También pueden ser nombrados por la nomenclatura tradicional. La fórmula general de los hidruros metálicos es:
Para hidruros no metálicos, que son combinacións del hidrógeno con elementos del grupo VA, con el C y Si del grupo del carbono (grupo VIA), y con el B del grupo IIIA. Se nombran con la nomenclatura tradicional aunque también es correcto emplear la nomenclatura estequiométrica o sistemática.

Actividad:
1. Escribe el nombre de los siguientes hidruros metálicos. Pincha aquí
2. Escribe la fórmula que corresponda para los hidruros metálicos. Pincha aquí

3. Escribe el nombre de los siguientes hidruros no metálicos. Pincha aquí

4. Escriba las fórmulas que corresponda para los hidruros no metálicos. Pincha aquí

4. Hidrácidos: Cuando se trata de los elementos más no metálicos (del grupo VI y VIIA, los cuales actúan con su valencia o estado de oxidación menor) y dado su carácter ácido (ácidos hidrácidos) se les puede nombrar utilizando el prefijo ácido seguido de la partícula de y el nombre del no metal acabado en hídrico. La fórmula general de estos compuestos es:

Actividad:

1. Escribe el nombre de los siguientes hidrácidos. Pincha aquí

2. Escribe las fórmulas que corresponda. Pincha aquí

5. Sales binarias: Son combinaciones binarias de un metal y un no metal. Para su nomenclatura se utiliza el nombre del no metal terminado en uro seguido del genitivo de y el nombre del metal; si el metal posee más de una valencia se indica detrás del nombre del metal, en cifras romanas (notación Stock). En la fórmula la parte electropositiva o metálica se coloca delante. Estas sales también pueden nombrarse mediante la nomenclatura tradicional. La fórmula general es:

Actividad:

1. Escribe el nombre de las siguientes sales binarias. Pincha aquí

2. Escribe la fórmula que corresponda. Pincha aquí
6. Combinaciones binarias entre no metales: Se nombran utilizando el nombre del elemento más electronegativo de los dos que forman el compuesto con la terminación uro seguida de la partícula de y el nombre del otro elemento no metálico. El elemento menos electronegativo se coloca primero en la fórmula. Es recomendable la nomenclatura de proporciones o sistemática.

En dichas combinaciones se coloca delante el elemento que es primero en la siguiente lista: B, Si, C, Sb, As, P, N, H, S, I, Br, Cl, O, F. Esta relación corresponde a un orden creciente del electronegatividades.

Actividad:

1. Escriba el nombre a las siguientes combinaciones entre no metales. Pinche aquí

2. Escriba la fórmula que corresponda. Pincha aquí

Geometría molecular

2006-04-24T17:45:00.000-04:00

Si pudiéramos observar las moléculas por dentro con un potente lente, veríamos que los átomos que las conforman se ubican en el espacio en posiciones bien determinadas. El ordenamiento tridemensional de los átomos en una molécula se llama geometría molecular.

En una molécula con enlaces covalentes hay pares de electrones que participan en los enlaces o electrones enlazantes, y electrones desapareados, que no intervienen en los enlaces o electrones no enlazantes. La interacción eléctrica que se da entre estos pares de electrones, determina la disposición de los átomos en la molécula. Veamos algunos ejemplos.

La molécula de agua H2O posee dos enlaces simples O - H y yiene dos pares de electrones no enlazantes en el átomo de oxígeno. Su geometría molecular es angular.
La molécula de amoníaco (NH3) presenta 3 enlaces simples N - H y posee un par de electrones no enlazantes en el nitrógeno. La geometría molecular es piramidal.
La molécula de metano (CH4) tiene cuatro enlaces simples C - H y ningún part de electrones enlazantes. Su geometría molecular es tetraédrica.

¿Cómo se puede saber la geometría de una molécula?

En la actualidad se emplean diversos métodos experimentales para conocer en forma precisa la estructura de una molécula particular. Pero en ocasiones basta con aplicar algunos métodos sencillos para obtener una geometría molecular aproximada.

Uno de los métodos para predecir la geometría molecular aproximada, está basada en la repuslsión electrónica de la órbita atómica más externa, es decir, los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo central se separan a la mayor distancia posible para minimizar las fuerzas de repulsión. Estas repulsiones determinan el arreglo de los orbitales, y estos, a su vez, determinan la geometría molecular, que puede ser lineal, trigonal, tetraédrica, angular y pirámide trigonal.

Geometría lineal: Dos pares de electrones alrededor de un átomo centarl, localizados en lados opuestos y separdos por un ángulo de 180º.

Geometría planar trigonal: Tres pares de electrones en torno a un átomo central, separados por un ángulo de 120º.

Geometría tetraédrica: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, ubicados con una separación máxima equivalente a un ángulo de 109,5º.

Geometría pirámide trigonal: Cuatro pares de electrones en torno a un átomo centra, uno de ellos no compartido, que se encuentran separados por un ángulo de 107º.

Geometría angular: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, con dos de ellos no compartidos, que se distancian en un ángulo de 104,5º.

Al leer todas estas descripciones, vemos que la forma de las moléculas es el resultado de las direcciones en que se ubican los electrones enlazantes. Parece increíble pensar que la forma que tiene una molécula es determinante en la manera como actúa, estableciendo sus propiedades.

Estructura Atómica

2006-04-15T00:24:00.001-04:00

Luego de haber estudiado la Teoría Atómica con los modelos que explican cómo estaría constituida la materia, podemos señalar que el átomo es la Unidad básica de toda la materia, constituido por tres principales partículas subatómicas llamadas protones, neutrones y electrones.

La cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones, lo cual determina la neutralidad del átomo.
La concepción moderna del átomo, es que es un sistema energético en equilibrio.
Está constituido por dos zonas importantes:

I. Zona interna:NÚCLEO

Aquí se encuentra concentrada casi la totalidad de la masa del átomo.
Se encuentran las partículas más estables: protones y neutrones, también llamados NUCLEONES.

a) Protones: Son partículas de carga eléctrica positiva (+1).

b) Neutrón: No tiene carga y su masa es igual al protón. Son buenos agentes desintegradotes.

II. Zona externa:

NUBE ELECTRÓNICA

En esta zona se encuentran los electrones, que giran alrededor del núcleo, formando una nube electrónica que lo envuelve.

Electrones: Tiene carga negativa igual al del protón pero de signo contrario. Cuando se le da valor en UMA (masa) se le atribuye el valor CERO. No significa que lo sea pero su valor es despreciable frente al del protón.

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Propiedades Periódicas

2006-04-14T23:45:00.000-04:00

Así como la configuración electrónica puede deducirse de la posición que ocupa un elemento en la tabla periódica, existen otras propiedades que también varían de manera sistemática en un mismo grupo o en un mismo periodo, denominadas propiedades periódicas.

1. Radio atómico: Corresponde a la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos vecinos de un mismo elemento que no se encuentran enlazados, o también podemos decir, que es la distancia promedio entre el último electrón del nivel más externo y el núcleo. Los radios atómicos se indican a menudo en angstroms A (10-10m), nanómetros (nm, 10-9 m) picometro (pm, 10-12 m) y Por medio de el es posible determinar el tamaño del átomo.

La variación del radio atómico en la tabla periódica es la siguiente:

En un periodo, el radio atómico disminuye de izquierda a derecha, al aumentar el Z.
En un grupo, en cambio, el radio atómico aumenta de arriba hacia abajo (crece cuando Z aumenta).

2. Energía de ionización (EI)

Potencial de ionización (PI): Es la cantidad de energía necesaria para arrancar o remover un electrón de un átomo neutro en estado fundamental. Es decir, el átomo se convierte en un ión positivo (catión). Esta magnitud puede medirse en kilocalorías por mol (Kcal/mol) y el proceso se representa como sigue:

M + E → M1+ + e- M = metal

En los átomos de los que puede extraer más de un electrón, el proceso de ionización se describe en etapas. Por ejemplo, los tres PI del litio son:

Li → Li+ + e- PI = 124 Kcal/mol

Li+ → Li2+ + e- PI = 1745 Kcal/mol

Li2+ → Li3+ + e- PI = 2822 Kcal/mol

Los PI varían en forma inversa a los radios atómicos. Si es menor el Ra mayor será la atracción existente entre el núcleo y el electrón, por lo tanto, se requerirá una mayor cantidad de energía para remover el electrón. Al contrario, cuanto mayor sea el Ra, menor será la fuerza con que se atraen el núcleo y el electrón, y por tanto, menor será la energía necesaria para extraer dicho electrón.

La variación del PI en la tabla periódica es así:

En un periodo, el PI aumenta de izquierda a derecha.
En un grupo, el PI aumenta de abajo hacia arriba.

3. Afinidad electrónica o electroafinidad (AE): Es la energía liberada cuando un átomo en estado neutro gana un electrón, para convertirse en un ión negativo (anión). La AE también se expresa en unidades de energía como Kcal/mol y se representa así:

X + e- → X- X = no metal

Cuanta más negativa sea la magnitud de la AE, tanto mayor será la tendencia del elemento a ganar un electrón.
La variación de la AE en la tabla periódica es así:

En un periodo, la AE aumenta de izquierda a derecha al aumentar el Z.
En un grupo, la AE disminuye de arriba hacia abajo al aumentar el Z.

4. Electronegatividad (EN): Es la capacidad que tiene un átomo para ganar electrones de otro átomo. Loa átomos que poseen altos valores de EI y AE serán altamente electronegativos y viceversa.

Linus Pauling determinó escalas de EN que varían del 0,7 al 4,0.
Para los gases nobles la EN es 0 por ser estables.

La variación de la EN en la tabla periódica es así:
En un periodo aumenta hacia la derecha.
En un grupo aumenta hacia arriba.

Tabla Periódica Actual

2006-04-14T22:54:00.001-04:00

En 1927 Henry Moseley descubre un modo práctico de hallar los números atómicos, se utiliza un criterio para ordenar a los elementos químicos.

Se enunció: “Las propiedades físicas y químicas de los elementos son funciones periódicas de los números atómicos”.

Es decir los elementos están ordenados en función creciente de sus números atómicos.
La tabla periódica actual (forma larga) fue diseñada por Werner y es una modificación de la tabla de Mendeleiev.

Descripción: Los elementos se hallan distribuidos:

En 7 filas denominadas (periodos).
En 18 columnas o familias, las cuales se ordenan en grupos; 8 grupos A y 8 grupos B.

PERIODOS: Son las filas horizontales, nos indican el último nivel de energía del elemento. Existen 7 periodos o niveles.

Periodo 1, 2 y 3, formados por 2, 8 y 8 elementos respectivamente, son denominados Periodos cortos.
Periodos 4, 5 y 6 son los Periodos largos, el 7º periodo se halla incompleto.
Los elementos cuyos números atómicos se hallan comprendidos entre el La (Z= 57) y el Lu (Z= 71) se llaman Lantánidos.
Los elementos con número atómico superior al Ac (Z= 89) se denominan Actínidos.
Ellos se encuentran separados en 2 filas de la tabla periódica, con el objeto de no extender demasiado la figura.
Los elementos después del Uranio (Z= 92) se han obtenido en forma artificial del uranio, denominándose a éstos Trans uránicos.

GRUPOS O FAMILIAS: Son agrupaciones verticales, que nos indican que poseen propiedades químicas semejantes, debido a que poseen los mismos electrones de valencia.
En la tabla periódica están ordenados en grupos A y B.

a) GRUPO A:

Están situados en los extremos de la tabla periódica.
Nos indican el número de electrones de la última capa y se representan en números romanos.
Terminan en el subnivel “s” y “p”

a) GRUPO B:

Están situados en la zona central de la tabla periódica.
El número de electrones de la última capa, no nos indica el grupo; debido a que la valencia es variable.
La configuración electrónica termina en el subnivel “d”.
Los elementos de transición interna, llamados tierras raras: su configuración electrónica termina en “f”.

Tienen 8 subgrupos. El grupo VIII B tiene 3 casilleros.

Clasificación de los elementos químicos

Los elementos químicos se pueden clasificar en: Metales, no metales, metaloides (anfóteros) y gases nobles.

Metales:

Son buenos conductores del calor y la electricidad.
Se oxidan (pierden electrones).
Se les denomina también reductores.
Son electropositivos.
Son sólidos a excepción del mercurio (líquido a temperatura ambiente).

No metales:

Son malos conductores del calor y la electricidad.
Se reducen (ganan electrones).
Se les denomina también oxidantes.
Son electronegativos.
La mayoría a temperatura ambiente se encuentran en estado sólido. Como gases están N, O, F, Cl, H y en estado líquido el Br.

Metaloides o anfóteros:

Son elementos que tienen propiedades metálicas y no metálicas. Ocupan una región diagonal que se observa en la tabla periódica (transición entre metal y no metal); entre ellos podemos encontrar al B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po.

Gases nobles:

Son elementos químicamente estables por tener su última capa 8 e- a excepción del He que tiene 2 y se representan.
n s2 p6
No se combinan con ningún otro elemento. Sólo a temperaturas exigentes el Xe puede reaccionar.
Sus moléculas son monoatómicas.

De acuerdo a su configuración electrónica, los elementos químicos se clasifican en: gases nobles, elementos representativos y elementos de transición.

1. Gases nobles: Son los que se ubican en el extremo derecho de la tabla periódica, en el grupo 0, u VIII A (también 18). Los átomos de estos gases, con excepción del helio, tienen 8 electrones de valencia. Esto significa que el último nivel de energía tiene sus orbitales completos (8 e-), distribuidos según la configuración n s2 p6. Donde "n" representa el nivel de energía más externo.

2. Elementos representativos: Se ubican en los grupos A de la tabla periódica. Estos elementos tienen sus electrones de valencia en los orbitales "s" o "p" y sus configuraciones externas van desde n s1 hasta n s2 p5, excluyendo al 1s2 (helio que corresponde a un gas noble).

3. Elementos de transición: Se sitúan en los grupos B de la tabla periódica. Sus átomos presentan configuraciones más complejas; los electrones de valencia se encuentran en los orbitales "d" o "f".

Historia de la Tabla Periódica

2006-04-14T22:25:00.001-04:00

Conforme se iba elaborando la estructura de la materia, se comenzó a busca una clasificación natural de los elementos químicos que se conocían, fueron muchos los intentos que se hicieron para obtener la tabla periódica actual.

1. Hipótesis de Proust (1815): Clasifica a los elementos químicos como múltiplos del átomo de hidrógeno (H), el cual se considera como el generador de todos los demás.

He = H + H
Li = H + H + H
Be = H + H + H

2. Triadas de Dobereiner (1829): Clasificó a los elementos en triadas o grupos de 3, que presentaban propiedades químicas semejantes. En cada triada el peso atómico del elemento central es el promedio aritmético de los elementos extremos.
Esta clasificación fue sustituida, por tener malas ubicaciones de elementos como el Cr (debajo del Al), Fe (debajo del S); y el de no haber dejado espacios vacíos, para los elementos que todavía no se descubrían.

4. Ley periódica de Mendeleiev (1869): Clasifica a los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos, de tal manera que los elementos de propiedades similares estén alineados en la misma columna vertical. Mendeleiev presentó los resultados de su estudio en forma de tabla. Esta tabla recibe el nombre de Tabla periódica o Sistema periódico.
De modo que se formaron filas y columnas. Las filas son los periodos, es decir el intervalo existente entre dos elementos de propiedades físicas y químicas semejantes. Las propiedades varían a lo largo de un periodo.
Las columnas, reciben el nombre de grupos o familias. Los elementos de un grupo poseen todas las propiedades físicas y químicas muy parecidas.

Ventajas:

Dejó ciertos espacios indicando que iban a ser ocupados por elementos que más adelante se descubrirían.
Dio a conocer en forma aproximada las propiedades de estos elementos.
Les dio nombre a cada uno de ellos de acuerdo a su posición. Por ejemplo, EKASILICIO que significa el primero después del silicio.

Desventajas:

El hidrógeno no tiene posición fija.
No se pueden diferenciar claramente a los metales de los no metales.
Existen ciertos tipos de pares de elementos colocados en orden inverso.

Mendeleiev Actual
Ni – Co
Co – Ni
I - Te
Te - I

El ordenar a los elementos en forma creciente de sus pesos atómicos (propiedades físicas).

Términos en Teoría Atómica

2006-03-19T12:42:00.001-04:00

Como se sabe, ya se estableció que los constituyentes del átomo son: Protones, Neutrones y Electrones. Sin embargo, al relacionarlos surgen conceptos que es de interés conocer.

Número atómico (Z): Nos indica el número de protones contenidos en el núcleo del átomo y determina a qué elemento pertenece un átomo; es decir, es único para cada elemento, ya que conociendo el Z se identifica el elemento.

z = p+

Como en un átomo neutro la cantidad de protones es igual a la de electrones, el Z de un átomo también describe el número de electrones.

Z = p+ = e-

Por ejemplo, si tengo un elemento con un Z = 6, significa que si el átomo es neutro también se tienen 6 p+ y 6 e-.

Número Másico (A):Nos indica la suma total de protones y neutrones contenidos en el núcleo atómico.

A = p + n

Como Z = p+, obtenemos:

A = Z + n

Despejando los neutrones (n) obtenemos:

n = A - Z donde A > Z

Ejemplo

Elemento: Sodio
A = 23
Z = 11
p+ = 11
e- = 12

Elemento Químico: Es el conjunto de átomos que tienen el mismo número atómico. Su representación la dio Jacob Berzelius, mediante SÍMBOLOS.

Elemento = Símbolo
Carbono = C
Sodio = Na
Oxígeno = O
Plata = Ag

Representación del átomo de un elemento: La representación simbólica de los átomos de los elementos, podrá incluir la masa atómica o número másico (A), el número atómico (Z), la carga iónica, el número de átomos (atomicidad) así como el carácter radiactivo.

Donde:

A= Número másico
Z = Número atómico
Y = Atomicidad
X = Carga nuclear

Iones: Es todo átomo cargado eléctricamente, que se forma cuando un átomo gana o cede uno o más electrones. Los iones con carga eléctrica positiva se denominan cationes y los de carga eléctrica negativa, aniones.

Anión: Se forma cuando un átomo gana electrones quedando cargado negativamente.
Catión: Se forma cuando un átomo pierde electrones quedando cargado positivamente.

TIPOS DE ÁTOMOS

ISÓTOPOS (HILIDOS): Son átomos de un mismo elemento químico que tienen igual número atómico (Z); pero diferente número de masa (A) y diferente número de neutrones.
Características:
ISOTOPO (iso = igual; topos = lugar), son átomos que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica. Tienen propiedades químicas iguales, ya que tienen el mismo número de electrones. Tienen propiedades físicas diferentes, puesto que su masa es distinta para cada isótopo. Los isótopos radiactivos o artificiales reciben el nombre de RADIOISÓTOPOS. Todos los elementos presentan isótopos.
ISOBAROS: Son átomos de diferentes elementos que teniendo distinto número atómico y distinto número de neutrones poseen igual masa atómica. Poseen propiedades físicas semejantes pero difieren en sus propiedades químicas.
ISOTONOS: Son átomos de elementos diferentes que poseen igual número de neutrones y distinto número atómico y número másico.
ISOELECTRÓNICOS: Son átomos que poseen igual número de electrones en su estructura. Ejemplo: Ne , O2- , F- , Mg2+ 10 e-

Masa atómica: Dalton, en 1808, sudirió que los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa, porque en ese momento desconocía la existencia de los isótopos. Sobre la base de resultados experimentales de esa época asignó masas atómicas relativas a diferentes elementos basadas en el hidrógeno, al cual le asignó el valor 1. Así, resultaron las masas relativas para el oxígeno 5,5 y para el carbono 4,3. Sin duda estos valores no son aceptables hoy día.

Desde Dalton son muchos los investigadores y las proposiciones formuladas para establecer las masas de los átomos. A partir de 1961 se adptó una escala de masas atómicas basada en el isótopo de carbono 12 como estándar. Debido a que son muchos los elementos conformados por isótopos, se adoptó el criterio que la masa atómica de un elemento debe ser el promedio aritmético ponderado de las masas de sus isótopos estables, según su abundancia en la naturaleza.

para el carbono se conocen dos isótopos estables de masas 1,9927 x 10 -23 g y 2,159 x 10 -23 g. estas masas se pueden obtener con un espectrómetro de masas que funciona sobre la base del experiemento de Thomson, en el cual la razón carga/masa conduce a la determinación de la masa para cada especie. Debido a que las masas de los isótopos son números pequeños, es necesario expresarlas en unidades de masa atómica (u o uma), donde:

1 u = 1,66056x10-24 g

Utilizando esta equivalencia resultan para los dos isótopos del carbono las masas 12 y 13 u, números fáciles de manipular. las abundancias naturales de ambos isótopos son:

masa isótopos C = % Abundancia

12 u = 98.99

13 u = 1.11

Considerando lo anterior, la masa atómica promedio para el carbono es:

M.A = (12 x 98,99) + (13 x 1,11)
100

M.A = 12,01 u

En general, poara cualquier elemento su masa atómica en función de sus isótopos es:

M.A = (m1 x %1) + (m2 x %2) + ........ + (mn x %n)
100

Configuración electrónica

2006-03-02T21:37:00.001-03:00

La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía. Aunque el modelo de Scrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.

La manera de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo, es a través de la configuración electrónica. El orden en el que se van llenando los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello debes seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha podrás ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.

Escribiendo configuraciones electrónicas

Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:

Saber el número de electrones que el átomo tiene; basta conocer el número atómico (Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro es igual al número atómico (Z = p+).
Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo (n = 1).
Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-).

Ejemplo:

Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital, según el principio de construcción de Aufbau.

Litio (Z = 3). Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energía con dos electrones que tendrán distinto spin (ms). El electrón restante ocupará el orbital 2s, que es el siguiente con menor energía:

La flecha indica el valor del cuarto número cuántico, el de spin: para +1/2: y para –1/2, respectivamente.
También podemos describir la distribución de electrones en el átomo de litio como:
Los electrones que tienen números de espín opuestos cancelan los efectos magnéticos y se dice que son electrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s en el átomo de Litio. De manera similar decimos que el electrón que ocupa el orbital 2s orbital está desapareado.
En la tabla a continuación vemos como se distribuyen los electrones de los átomos en orden creciente a su número atomico (Z):

En el helio se completa el primer nivel (n=1), lo que hace que la configuración del He sea muy estable.
Para el Boro el quinto electrón se sitúa en un orbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la misma energía no importa cuál de ellos ocupa.
En el carbono el sexto electrón podría ocupar el mimo orbital que el quinto u otro distinto. La respuesta nos la da:
la regla de Hund: la distribución más estable de los electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espínes paralelos.
Los electrones se repelen entre sí y al ocupar distintos orbitales pueden situarse más lejos uno del otro. Así el carbono en su estado de mínima energía tiene dos electrones desapareados, y el nitrógeno tiene 3.

El neón completa el nivel dos y al igual que el helio tiene una configuración estable.
Las configuraciones electrónicas pueden también escribirse de manera abreviada haciendo referencia al último nivel completo. Para ello, debemos ocupar la configuración de los gases nobles, ya que ellos tienen todos su orbitales completos con electrones (s2p6), como por ejemplo en el caso del helio (s2) y neon (s2p6) como se muestra en la tabla anterior.

Así la configuración del sodio Na, la podemos escribir como [Ne]3s1
También podemos escribir la configuración del litio como [He]2s1

A los electrones que pertenecen a un nivel incompleto se les denomina electrones de valencia.
El gas noble Argón representa el final del período iniciado por el sodio para n=3

1s 2s 2p 3s 3p

Ar 18

[Ne] 3s2 3p6

En el siguiente elemento, el potasio con 19 electrones, deberíamos empezar a llenar los orbitales 3d. Sin embargo el comportamiento químico del potasio es similar al de litio y el sodio, ambos con un electrón de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al potasio le correspondería la configuración [Ar] 4s1. Por lo tanto, el orbital 4s tendrá que tener menor energía que los orbitales 3d (el apantallamiento de los electrones en los orbitales 3d es mayor que el de los electrones en los orbitales 4s).

Lo mismo ocurre a partir del elemento Sc (Z = 21) [Ar] 3d1 4s2. El último electrón no se agrega al subnivel 4p, sino al 3d, como lo indica el orden energético. Lo mismo sucede con las configuraciones de los emenetos Ti (Z = 22) y V (Z = 23). Con el cromo (Cr Z = 24) surge otra aparente anomalía porque su configuración es [Ar] 3d5 4s1. La lógica de llenado habría llevado a [Ar] 3d4 4s2, sin embargo la distribución fundamental correcta es la primera. Esto se debe a que el semillenado de orbitales d es de mayor estabilidad, puesto que su energía es más baja.

Con el cobre Cu Z = 29 sucede algo similar al cromo, pusto que su configuración fundamental es [Ar] 3d10 4s1. La configuración [Ar] 3d9 4s2 es de mayor energía. La configuración con 10 electrones en orbitales d, es decir, el llenado total de estos orbitales es más estable.

Experiencias que demuestran la constitución de la materia

2006-02-26T16:12:00.001-03:00

a) Descubrimiento del electrón:

En 1897, Thomson ideó una serie de experiencia con los rayos catódicos observados, por Crooke, en tubos de descarga que contenían un gas a baja presión y al cual se les aplicaba un alto voltaje. Estas radiaciones que salen del cátodo (polo negativo) y se dirigen al ánodo (polo positivo), fueron determinadas por Thomson como partículas negativas a los que llamó electrones.

Thomson llegó a tal conclusión, debido al observar que estos rayos de luz eran desviados de su trayectoria rectilínea, tanto por un campo eléctrico como magnético, fue capaz de dilucidar su naturaleza. Como la luz ordinaria no es afectada por un imán, los rayos catódicos correspondían entonces a una propiedad de la materia y no de la luz. Posteriormente Mllikan determinó su carga eléctrica igual a 1,6*10-19 coulomb.

Propiedades de los rayos catódicos:

Se desplazan en línea recta, proyectan sombras, se hallan formados por partículas materiales.
Ponen incandescentes placas metálicas.
Producen fluorescencia.
Son también capaces de impresionar placas fotográficas.

Las propiedades inherentes a los rayos catódicos permanecen invariables cualquiera que sea el gas contenido en el interior del tubo, lo que prueba que las partículas que los constituyen son comunes a todas las clases de materia. La carga eléctrica del electrón es la cantidad de masa eléctrica menor que se conoce; por eso se llama carga elemental.

Observaciones:

A fines del siglo XIX, los rayos catódicos fueron excelentes fuentes de investigación. En 1895, Wilhelm Roentgen (1845-1923), estudiando los rayos catódicos, observó que una lámina recubierta con ciano de bario, que estaba a una cierta distancia del tubo de descarga, emitía una fluorescencia verdosa. “Corresponden a unos rayos que atravesaban los materiales menos densos, como la madera, pero no pasan a través de los más densos, como los metales. Además no sufren desviaciones por efecto de campos eléctricos o magnéticos. Por estas características, estos rayos no deberían estar formados por partículas cargadas; son como rayos de luz”- informaba Roentgen-. Él apenas tenía idea de cuál era la naturaleza de esos rayos, así que los llamó Rayos X.

b) Descubrimiento del protón:

En 1886, Eugen Goldstein (1850-1930) utilizó un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado y observó otro tipo de rayos que procedían del ánodo (+); éstos atravesaban las perforaciones del cátodo iluminando la zona posterior del tubo. A estos rayos les llamó rayos canales. Se les llama canales por la propiedad de atravesar pequeños agujeros o canaletas en el cátodo correspondiente. Goldstein postuló que estos rayos estaban compuestos por partículas positivas, que posteriormente se les llamó protones.
Las propiedades que poseen estos rayos son las siguientes:

Sufren desviación por efecto de campos eléctricos y magnéticos.
Transportan carga positiva.
La razón carga/masa es mucho menor que el valor obtenido para los electrones y depende del gas contenido en el interior del tubo.

Observaciones:
Los descubrimientos del electrón y del protón revelaron que el átomo tendría una estructura compuesta, que contiene electrones y protones en igual número para hacer un todo eléctricamente neutro.

c) Descubrimiento del núcleo atómico:

Pocos meses después del descubrimiento de los rayos X, el físico francés Henri Becquerel (1852-1908) observó que unas placas fotográficas se ennegrecían en contacto con cierta radiación que emitían algunas sales de uranio, la pechblenda, descubriendo accidentalmente la readiactividad. A este hallazgo se siguieron otros realizados por Marie Curie (1867-1934) y Pierre Curie (1859-1906), quienes aislaron otros dos elementos que emitían el mismo tipo de radiación: el polonio y el radio. A estos elementos se les llamó elementos radiactivos; los átomos que los conforman se desintegran espontáneamente, produciendo diferentes tipos de radiaciones alfa, beta y gamma.

Cuando la emisión radiactiva de un mineral de uranio se hace pasar a través de un campo eléctrico, ésta se divide en 3 tipos de radiaciones: una es atraída hacia la placa negativa (radiación alfa), otra hacia la placa positiva (radiación beta) y la tercera no es desviada por el campo (radiación gama) El conocimiento de las emisiones radiactivas sirvió para postular un nuevo modelo atómico.

Con el fin de aclarar un poco más las características de la estructura interna del átomo, en 1909 Ernest Rutherford (1871-1937) llevó a cabo un experimento notable. Estudiando el poder de penetración de las partículas alfa (α) emitidas por una fuente radiactiva, bombardeó con ellas, finísimas láminas de oro, para analizar sus átomos.
Los resultados de Rutherford fueron impresionantes.

La mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin sufrir ninguna desviación y sin perder velocidad. Cuando las partículas alfa chocaban contra la pantalla fluorescente (revestida en sulfuro de cinc) se producía un destello de luz.
Algunas partículas alfa eran desviadas de su trayectoria (aproximadamente 1 de cada 10000 partículas alfa).

En base a los resultados, Rutherford postuló que el átomo está formado por una región central positiva, a la que llamó núcleo, la cual reúne la mayor parte de la masa atómica; es decir, la masa de los átomos depende directamente de la masa del núcleo. También planteó la existencia de los electrones, partículas negativas que se mantienen girando en torno al núcleo atómico.

d) Átomos de un mismo elemento:

Frederick Soddy (1877-1956) demostró, experimentalmente, que los átomos de un mismo elemento no tienen, necesariamente, la misma masa. Por ejemplo, el elemento neón está compuesto de 3 tipos de átomos, algunos de ellos tienen un número másico igual a 20; y otros, 21 y 22. Como el neón tiene un número atómico igual a 10, todos los átomos del elemento neón tienen 10 protones en su núcleo y solo difieren en el número de neutrones.
Soddy inventó el término isótopos (del vocablo iso que significa igual y topos, lugar) para describir a los átomos de un mismo elemento que contienen diferente número de neutrones en su núcleo.

e) Descubrimiento del neutrón:

En 1932, el inglés James Chadwick (1891-1974) comprobó, al bombardear átomos de berilio con partículas alfa de alta energía, la emisión de partículas neutras: los neutrones.

Orbitales y Números cuánticos

2006-02-25T20:19:00.000-03:00

Mientras que en el modelo de Bohr se hablaba de órbitas definidas en el modelo de Schrödinger sólo podemos hablar de las distribuciones probables para un electrón con cierto nivel de energía. Así para un electrón en el estado fundamental la probabilidad de la distribución se refleja en la siguiente figura, dónde la intensidad del color rojo indica una mayor probabilidad de encontrar al electrón en esa región, o lo que es lo mismo una mayor densidad electrónica.

De la resolución de la ecuación de onda de Schrödinger se obtiene una serie de funciones de onda (ó probabilidades de distribución de los electrones) para los diferentes niveles energéticos que se denominan orbitales atómicos.
La figura anterior representa el orbital de mínima energía del átomo de hidrógeno. Mientras que el modelo de Bohr utilizaba un número cuántico(n) para definir una órbita el modelo de Schrödinger utiliza tres números cuánticos para describir un orbital: n, l y ml . A continuación vemos las características de estos números:

Número cuántico principal (n):Representa al nivel de energía (estado estacionario de Bohr) y su valor es un número entero positivo (1, 2, 3, 4, etc) y se le asocia a la idea física del volumen del orbital. Dicho de otra manera el número cuántico principal determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la distancia al núcleo de un electrón vendrá determinada por este número cuántico. Todas las órbitas con el mismo número cuántico principal forman una capa. Su valor puede ser cualquier número natural mayor que 0 (1, 2, 3...) y dependiendo de su valor, cada capa recibe como designación una letra. Si el número cuántico principal es 1, la capa se denomina K, si 2 L, si 3 M, si 4 N, si 5 P, etc.
Número cuántico secundario (l):
Identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la forma del orbital. Sus valores dependen del número cuántico principal "n", es decir, sus valores son todos los enteros entre 0 y (n-1), incluyendo al 0. Ejemplo: n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3. Dicho de otra manera, El número cuántico azimutal determina la excentricidad de la órbita, cuanto mayor sea, más excéntrica será, es decir, más aplanada será la elipse que recorre el electrón. Su valor depende del número cuántico principal n, pudiendo variar desde 0 hasta una unidad menos que éste(desde 0 hasta n-1). Así, en la capa K, como n vale 1, l sólo puede tomar el valor 0, correspondiente a una órbita circular. En la capa M, en la que n toma el valor de 3, l tomará los valores de 0, 1 y 2, el primero correspondiente a una órbita circular y los segundos a órbitas cada vez más excéntricas.

Número cuántico magnético (m): Describe las orientaciones espaciales de los orbitales. Sus valores son todos los enteros del intervalo (-l,+l) incluyendo el 0.Ejemplo: n = 4l = 0, 1, 2, 3m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Dicho de otra manera, El número cuántico magnético determina la orientación espacial de las órbitas, de las elipses. Su valor dependerá del número de elipses existente y varía desde -l hasta l, pasando por el valor 0. Así, si el valor de l es 2, las órbitas podrán tener 5 orientaciones en el espacio, con los valores de m -2, -1, 0, 1 y 2. Si el número cuántico azimutal es 1, existen tres orientaciones posible (-1, 0 y 1), mientras que si es 0, sólo hay una posible orientación espacial, correspondiente al valor de m 0.
El conjunto de estos tres números cuánticos determinan la forma y orientación de la órbita que describe el electrón y que se denomina orbital. Según el número cuántico azimutal (l), el orbital recibe un nombre distinto. cuando l = 0, se llama orbital s; si vale 1, se denomina orbital p, cuando 2 d, si su valor es 3, se denomina orbital f, si 4 g, y así sucesivamente. Pero no todas las capa tienen el mismo número de orbitales, el número de orbitales depende de la capa y, por tanto, del número cuántico n. Así, en la capa K, como n = 1, l sólo puede tomar el valor 0 (desde 0 hasta n-1, que es 0) y m también valdrá 0 (su valor varía desde -l hasta l, que en este caso valen ambos 0), así que sólo hay un orbital s, de valores de números cuánticos (1,0,0). En la capa M, en la que n toma el valor 3. El valor de l puede ser 0, 1 y 2. En el primer caso (l = 0), m tomará el valor 0, habrá un orbital s; en el segundo caso (l = 1), m podrá tomar los valores -1, 0 y 1 y existirán 3 orbitales p; en el caso final (l = 2) m tomará los valores -2, -1, 0, 1 y 2, por lo que hay 5 orbitales d. En general, habrá en cada capa n2 orbitales, el primero s, 3 serán p, 5 d, 7 f, etc.

Número cuántico de espín (s): Describe el giro del electrón en torno a su propio eje, en un movimiento de rotación. Este giro puede hacerlo sólo en dos direcciones, opuestas entre sí. Por ello, los valores que puede tomar el número cuántico de spin son -1/2 y +1/2. Dicho de otra manera, Cada electrón, en un orbital, gira sobre si mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o en sentido contrario. Este hecho se determina mediante un nuevo número cuántico, el número cuántico se spin s, que puede tomar dos valores, 1/2 y -1/2.

Según el principio de exclusión de Pauli, en un átomo no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, así que en cada orbital sólo podrán colocarse dos electrones (correspondientes a los valores de s +1/2 y -1/2) y en cada capa podrán situarse 2n2 electrones (dos en cada orbital).

Representaciones de los Orbitales

Orbitales "s": Los orbitales "s" son esféricamente simétricos.
Orbitles "p": La forma de los orbitales p es de dos lóbulos situados en lados opuestos al núcleo. Hay tres tipos de orbitales p ( ; ml= -1,0,1) que difieren en su orientación. No hay una correlación simple entre los tres números cuánticos magnéticos y las tres orientaciones: las direcciones x, y y z. Los orbitales p del nivel n se denominan npx, npy, npz
Los orbitales p al igual que los s aumentan de tamaño al aumentar el número cuántico principal.
Orbitales "d": En el tercer subnivel tenemos 5 orbitales atómicos (para n>3 l =2; ml=-2,-1,0,1,2) con diferentes orientaciones sen el espacio tal y como vemos en la figura :
Orbitales "f": Son orbitales de mayor energía. Para n>4 tendremos 7 orbitales f ( =3 y ml=-3,-2,-1,0,1,2,3) . Los orbitales f son importantes para comprender el comportamiento de los elementos con número atómico mayor a 57.

Observaciones:

Para valores de >4 tenemos los orbitales g y subsiguientes (a partir de f sigue el orden alfabético de las consonantes). En química general nos bastará con los orbitales s, p y d para comprender las propiedades de los elementos.

Las energías de los orbitales atómicos

En el modelo de Bohr la energía de un electrón dependía únicamente del número cuántico principal. Lo mismo ocurre en la descripción de los orbitales atómicos en mecánica cuántica para el átomo de hidrógeno.
Para átomos con más de un electrón (polielectrónicos) los orbitales atómicos tienen la misma forma que los orbitales del átomo de hidrógeno, pero la presencia de más de un electrón afecta a los niveles de energía de los orbitales (debido a la repulsión entre dos electrones).
Así por ejemplo el orbital 2s tienen un valor de energía menor que los orbitales 2p para átomos con más de un electrón:

Por lo tanto, la combinación de n y l describe a un orbital que es la región del espacio en la que es más probable encontrar al electrón y en la cual tiene una cantidad específica de energía. El valor que tome el número cuántico secundario (l) determina el tipo de orbital:

Cuadro que resume los orbitales que hay en cada nivel de energía y la capacidad máxima de electrones que pueden contener los niveles y subniveles de energía.

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Actividad:Conocer los posibles valores de los números cuánticos y la representación geométrica de los orbitales. Para desarrollar la actividad pinche sobre actividad.

Modelos atómicos

2006-02-25T19:55:00.001-03:00

1. Modelo Atómico de Dalton (1808): Representa al átomo como un esfera compacta indivisible e indestructible. Dalton presenta los siguientes postulados acerca del átomo:

El átomo es la mínima porción de materia que no puede dividirse por ningún proceso conocido.
Los átomos de un mismo elemento son iguales tanto en masa, tamaño como en sus demás propiedades.
Los átomos de elementos diferentes son también diferentes en todas sus propiedades.
Los átomos se combinan entre sí en relaciones enteras sencillas para formar compuestos.

Actualmente:

El primer postulado ya no se ajusta a la realidad por el descubrimiento de las partículas subatómicas: electrón, protón y neutrón.
El 2º y 3º postulado ya no se cumple con el descubrimiento de los isótopos e isóbaros respectivamente.
El 4º postulado se cumple hoy. Por ejemplo, el agua se forma por la combinación de 2 átomos de H y un átomo de O, quedando la relación entre ellos como: H2O

2. Modelo Atómico de Thomson (1898): Representa al átomo como una especie de esfera homogénea de electricidad positiva, en donde se encuentran distribuidos los electrones, atraídos electrostáticamente, en número suficiente para que el conjunto resultara neutro. Su modelo atómico lo asemeja a un budín de pasas.

El átomo que representa éste modelo es un átomo estacionario por la inmovilidad que presentan los electrones.

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3. Modelo Atómico de Rutherford (1911): Basado en el descubrimiento del núcleo atómico, Rutherford establece un modelo para el átomo de hidrógeno.

Donde:

El átomo está constituido por un núcleo central que es la región donde se encuentran las cargas positivas, y alrededor se encuentra el electrón.
El electrón se encuentra girando alrededor de del núcleo; describiendo órbitas circulares de forma similar a los planetas que giran alrededor del sol; denominándose Sistema planetario en miniatura.
La fuerza centrífuga que desarrolla al girar el electrón, contrarresta la fuerza de atracción electrostática que ejerce el núcleo (+) sobre el electrón (-).
El diámetro del átomo es aproximadamente unas 10000 veces mayor que el diámetro del núcleo. Por lo tanto, el átomo es prácticamente hueco, al poseer espacios interatómicos.

Pincha aquí para ver la simulación del modelo de Rutherford

Error de Rutherford: Según la física clásica un cuerpo cargado eléctricamente al estar en movimiento este emite energía; por lo tanto, el electrón perderá energía y caería hacia el núcleo con una trayectoria de espiral, lo que no sucede con la experiencia.La solución a este problema la dió en 1913 Niels Bohr basándose en la teoría Cuántica de la radiación electromagnética, dada a conocer por Max Planck.

4. Modelo Atómico de Niels Bohr:

En 1913 Niels Bohr discípulo de Rutherford propone un nuevo modelo para el átomo de Hidrógeno aplicando acertadamente la teoría Cuántica de la radiación de Planck. Su modelo está basado en los siguientes postulados:

El átomo de hidrógeno consta de un núcleo (+) y a su alrededor gira en forma circular un electrón (-), de tal manera que la fuerza centrífuga contrarreste la fuerza de atracción electrostática.
El electrón sólo gira en determinadas órbitas de radios definidos, llamados también niveles cuantificados de energía.
Mientras los electrones permanezcan en un mismo nivel de energía (llamados estados estacionarios por Bohr) no ganan ni pierden energía.
Un electrón puede cambiar de un nivel a otro dentro de un mismo átomo ganando o perdiendo una cantidad de energía igual a la diferencia existente entre ambos estados. De este modo, todo cambio energético del electrón corresponderá a saltos que haga entre los estados estacionarios.
Un átomo sólo emite energía cuando un electrón salta de un nivel de energía superior a otro inferior y absorbe energía en caso contrario. La energía emitida o absorbida por el átomo recibe el nombre de fotón o cuanto de luz.

La línea roja en el espectro atómico es causada por el salto del electrón de la tercera a la segunda órbita

La línea verde azulada en el espectro atómico es causada por electrones saltando de la cuarta a la segunda órbita.

La línea azul en el espectro atómico es causada por electrones saltando de la quinta a la segunda órbita.

La línea violeta en el espectro atómico es causada por electrones saltando de la sexta a la segunda órbita.

Pincha aquí para ver la animación del modelo de Bohr

Observaciones:

Niels Bohr llegó a establecer una ecuación que permitió calcular la energía potencial de cada nivel energético del átomo de hidrógeno, tomando en cuenta factores como la masa y la carga eléctrica del electrón. En dicha ecuación se representa al nivel de energía mediante una letra “n” a la que se le da el nombre de número cuántico principal y que distingue a los niveles de energía. Así, a cada uno de los diferentes niveles de energía le corresponderá un determinado valor “n”. Estos valores son números enteros (1, 2, 3, 4, etc). Los átomos de los elementos más grandes que se conocen actualmente tienen un máximo de 7 niveles y, por ello, el valor máximo de “n” para esos es 7.

Bohr relaciona, así, los estados estacionarios 1, 2, 3, 4, etc., con las llamadas capas electrónicas K, L, M, N, O, P y Q, y estableció que el número máximo de electrones de una órbita o nivel de energía “n” era igual a 2n2.
Niels Bohr logró explicar, gracias a su modelo, las líneas espectrales del átomo de H; con el tiempo su teoría sufrió muchas modificaciones, pero le cabe el mérito de haber orientado las investigaciones posteriores al fundar la mecánica cuántica.

Nota: Las líneas espectrales del átomo de hidrógeno son las transiciones o saltos de los electrones de uno a otro nivel de energía. Estas emisiones u absorciones de energía pueden captarse en los llamados espectros.

Espectro de líneas de emisión: Son líneas brillantes de diferentes colores que se emiten cuando se produce una carga eléctrica sobre el hidrógeno.
Espectro de líneas de absorción: Son líneas oscuras que se originan cuando se hace incidir la luz blanca sobre el hidrógeno gaseoso.

Restricciones del modelo de Bohr:

No puede explicar los espectros observados para átomos multielectrónicos (más de un electrón).
Sólo es aplicable para átomos monoelectrónicos (un solo electrón) como el hidrógeno.

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5. Modelo Mecano Cuántico (actual): A partir de 1925 el modelo atómico de Bohr fue objeto de sucesivas modificaciones hasta formular el actual modelo atómico, que es un modelo matemático que explica el comportamiento del electrón en átomos que tienen más de un electrón.

Este modelo esta basado en los siguientes principios:

En 1924 Louis de Broglie (Premio Nobel 1921) propuso que el electrón tendría propiedades ondulatorias y de partícula (al igual que la energía lumínica).
En 1926 Werner Heisenberg (1901-1976) formula el Principio de Incertidumbre, el cual establece que es imposible determinar simultáneamente la posición y la velocidad exacta de un electrón.
En 1927 Erwin Schrodinger (1887-1961) propone una ecuación matemática que da al electrón el carácter de onda y de partícula simultáneamente, ya que incluye la masa del electrón y una expresión que puede considerarse la amplitud de la onda de dicha partícula. La ecuación de Schrodinger da la posición más probable del electrón en un átomo de hidrógeno, pero también establece que se le puede encontrar en otras posiciones. En la actualidad se emplean cálculos probabilísticas para describir la posición, la velocidad y la energía de los electrones en el átomo.

El modelo atómico vigente, establece que en el átomo existen unas zonas delimitadas donde hay una mayor probabilidad de encontrar al electrón; a esta zona se le llama "orbital". Por lo tanto, según este modelo, el electrón no se circunscribe a una órbita fija, sino a una zona llamada orbital dentro de la cual existe una alta probabilidad de encontrar al electrón.

Estos orbitales se agrupan, a su vez, en los distintos niveles de energía.

Niveles y subniveles de energía:

Al perfeccionarse la espectroscopia se pudo observar que las líneas espectrales estaban constituidas por varias rayas más finas agrupadas. Si las líneas gruesas representan la emisión hecha por los electrones al ingresar a un determinado nivel proveniente de otro de mayor energía, las rayas finas que las integran representan saltos de electrones dentro de un mismo nivel principal. Existen entonces, subniveles de energía a los que se les asigna un número cuántico secundario (l).

Pincha aquí para ver el resumen de los modelos atómicos

Enlace químico

2005-07-21T16:30:00.000-04:00

Enlace químico: Se denomina así a toda fuerza que actuando sobre los átomos los mantiene unidos formando las moléculas.
La tendencia universal de la materia es la de hallar su mayor estabilidad (contener menor energía). De acuerdo a esta tendencia los átomos se unen para formar agregados de menor estado de energía y por consiguiente de mayor estabilidad, y lo realizan liberando energía.

En la formación de un enlace químico participan solo los electrones del último nivel de energía de los átomos, es decir, los llamados electrones de valencia.

Representaciones Lewis: En los símbolos de Lewis, los electrones de valencia se representan a través de puntos o cruces alrededor del símbolo del elemento. Por ejemplo, la representación de Lewis para el Nitrógeno sería:

En la siguiente figura se muestran algunos símbolos de Lewis.

Alcanzando la nobleza de gas noble:

Cuando los átomos forman enlaces químicos, hay una tendencia a alcanzar configuraciones similares a los gases nobles, ya que estos elementos son los más estables de la naturaleza por contener su configuración electrónica completa (ns2p6). Esta tendencia explica los enlaces químicos entre los átomos.

Cuando se forma un enlace químico, los átomos reciben, ceden o comparten electrones de modo que el último nivel de energía de cada átomo contenga 8 electrones y así adquiera la configuración electrónica del gas noble más cercano en la tabla periódica (regla del octeto).
En el caso de los átomos de los elementos H, Li y Be, cuando establecen enlaces, tienden a completar su último nivel de energía con 2 electrones y alcanzar la configuración electrónica del gas noble helio (He). (Regla del dueto)
Los elementos metálicos ceden electrones.
Los elementos no metálicos ganan o comparten electrones.

TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS

1.- Enlace iónico: Son fuerzas de atracción electrostática entre iones que se formaron por la transferencia total de electrones originados entre un metal (más electropositivo) y un no metal (electronegativo). Ejemplo: NaCl (cloruro de sodio), CaF2 (fluoruro de calcio).

Características:
La atracción electrostática se realiza en todas direcciones de tal manera que no existen moléculas si no inmensos cristales con determinadas formas geométricas.
Por lo tanto los compuestos iónicos son sólidos y cristalinos, lo que implica que para romper este enlace se requiere una gran cantidad de energía.
En estado sólido son malos conductores del calor y la electricidad, pero al fundirlos o disolverlos en agua, se logrará la separación de iones y ambos casos conducirán la corriente eléctrica.
Existen reglas empíricas que indican que si: ∆E.N › 1,7 es un enlace iónico.

2.- Enlace covalente: Es un enlace que se origina entre no metales, y se caracteriza por la compartición mutua de uno o más pares de electrones de valencia de tal forma que adquieran la configuración de gas noble. Se forma un compuesto covalente cuando ∆E.N ‹ 1,7.
Existen distintos tipos de enlaces covalentes:

Enlace covalente puro (normal): Este enlace se origina entre 2 no metales de un mismo elemento y los electrones compartidos se encuentran en forma simétrica a ambos átomos, y se cumple que ∆E.N = 0. Ejemplo: H2, Br2, Cl2, etc.
Enlace covalente entre átomos de hidrógeno
Enlace covalente polar: Se origina entre no metales de distintos elementos, se caracteriza por existir una compartición aparente de cargas debido a una diferencia de electronegativida. 0 ‹ ∆E.N ‹ 1,7 Ejemplos: H2O, HCl, CH4, etc.
Enlace múltiple: Se produce cuando se comparten más de un par electrónico para obtener la configuración del gas noble. Si se comparte 2 pares de electrones se denomina enlace doble, y si se comparten 3 pares de electrones se llama enlace triple. Ejemplo: N2, O2, etc.

Fuerzas intermoleculares

Este tipo de enlaces se caracteriza por que la distancia entre los átomos es más grande, se encuentran las fuerzas de London, Van der Waalls y los puentes de hidrógeno.

Enlace covalente coordinado o dativo: Es un enlace en el cual uno de los átomos brinda el par de electrones para completar el octeto. Ejemplo: SO2, SO3, H2SO4, etc.
Enlace metálico: Es un enlace propio de los elementos metálicos que les permite actuar como molécula monoatómica. Los electrones cedidos se encuentran trasladándose continuamente de un átomo a otro formando una densa nube electrónica. A la movilidad de los electrones se le debe la elevada conductividad eléctrica de los metales.
Enlace puente de hidrógeno: Es un enlace intermolecular (entre moléculas) que se origina entre un átomo de hidrógeno y átomos de alta electronegatividad con pequeño volumen atómico como el fluor, oxígeno o nitrógeno.
A este enlace se debe la disminución anómala de la densidad del agua; que se origina cuando esta se solidifica, se explica con base en la formación de enlaces puentes de hidrógeno entre moléculas de agua en los cristales de hielo, originado un incremento de volumen, de tal manera que la densidad del hielo es menor que la densidad del agua líquida, por lo que el hielo puede flotar.
Fuerzas de Vander Waals: Son fuerzas intermoleculares muy débiles que se efectúan entre moléculas apolares. Debido a estas fuerzas débiles los gases se pueden licuar, es decir pasar al estado líquido.

Ejercicios propuestos

Teoría Atómica

2005-06-10T20:07:00.001-04:00

Historia del átomo

Antiguamente la constitución de la materia se basaba en el siguiente principio filosófico: “Nada se crea de la nada ni se destruye sin dejar nada”. 500 años AC los griegos “Leucipo y Demócrito” fundan la escuela de los atomistas en la que sostenían que la división de la materia era finita; es decir, que la materia era discontinua, por lo que no podía dividirse infinitamente, por estar formada por partículas muy diminutas e indivisibles. Demócrito llamo ÁTOMO a la mínima porción de materia (a = sin; tomos = división).

Esta corriente atomista no logra desarrollarse por el predominio en la época de los 4 elementos Aristotélicos (agua, aire, tierra y fuego).

En 1785 Antonie Lavoisier, químico francés, demostró que la "la materia no puede ser creada ni destruida, sólo se transforma". A realizar el experimento de "combustón del hidrógeno" obtuvo un líquido que identificó como agua y oxígeno para formarla. Además, la masa del sistema se conserva tanto en la formación y descomposición del agua. Estos hechos llevaron a Lavoisier a formular la idea de que la materia estaba formada por elementos, que se combinaban de manera diferente formando así varias sustancias. Con esto se explica la "Ley de la Conservación de la Masa".

Joseph Louis Proust hizo laboriosos análisis que le permitieron establecer que todo compuesto químico, ya fuese natural u obtenido experiementalmente, contiene sus componentes combinados en proporciones de masa constantes. Aquí, se distinguen por primera vez los conceptos de mezcla y compuesto.

En 1806 (aprox. 2400 años después) el físico y químico inglés Jhon Dalton retoma el concepto atómico de Demócrito el cual formula una hipótesis donde se cambia la mentalidad en el estudio de la materia de una forma filosófica a otra científica.Posteriormente Faraday al realizar estudios con el fenómeno de la electrólisis considera que la materia debe ser de naturaleza eléctrica, que posteriormente fueron demostrados por Crookes al realizarse estudios en tubos de descarga descubriendo los rayos catódicos, posteriormente Thomson descubre los electrones formulando su modelo atómico que fue el inicio hasta llegar al modelo actual.

Contenidos Programáticos

2005-05-22T20:06:00.000-04:00

I Unidad: El Átomo

Estructura básica
Descripción de los modelos atómicos
Caracterización de elemento químico, número másico (A), número atómico (Z), isótopos, diagramas atómicos.
Configuración electrónica
Tabla periódica
Propiedades periódicas

II Unidad: Enlace Químico

Átomos, iones y moléculas
Electrones de valencia
Estructura de Lewis
Tipos de enlaces químicos

III Química Inorgánica

Concepto de valencia y nomenclatura IUPAC
Compuestos inorgánicos
Compuestos binarios: óxidos (básicos y ácidos), hidruros (metálicos y no metálicos), sales haloídeas

IV Unidad: Disoluciones Químicas

Conceptos básicos (mezclas, soluto, solvente)
Disoluciones químicas (solubilidad)
Unidades de concentración de una solución: % m/m, %m/v, % v/v, M.
Factores que afectan la solubilidad

V Unidad: Química Orgánica

Origen y desarrollo
Hidrocarburos y su nomenclatura IUPAC
Grupos funcionales
Isomería