fasciculo10 el mundo de la quimica

8/14/2019 Fasciculo10 El Mundo de La Quimica

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Fundacin Polar ltimasNoticias El mundo de la qumica Captulo IV: Los compuestos qumicos fascculo 10

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Enlaces intermoleculares

En el caso de sustancias moleculares y no polares comoel benceno (C6H6), las interacciones intermolecularesque mantienen unida una molcula con otra se explicanpor la formacin de dipolos momentneos, nopermanentes, que persisten slo fracciones de segundodebido al movimiento constante de electrones y que en

algn instante podran estar ms desplazados hacia unazona de la molcula. Esta fuerza es suficiente paramantener juntas a las molculas vecinas. De all que elbenceno, a presin y temperatura ambiente, al igual quemuchos otros hidrocarburos, sea un lquido muy voltilpues las molculas que lo constituyen escapan con ciertafacilidad de las dbiles ataduras de sus fuerzasintermoleculares.

A estas fuerzas de dipolos inducidos se les conoce comofuerzas de London en honor al cientfico Fritz London,quien dio una explicacin terica del fenmeno en 1928.

Mar de electrones

Cationes ordenados

El enlace de tomos en metales

Un ejemplo muy ilustrativo de cmo un modelo de enlace

puede explicar importantes propiedades de un materiales el denominado modelo del mar de electrones (Mar deFermi) de una red metlica.

Para explicar cmo se mantienen unidos los tomos enlos metales se utiliza el modelo del enlace metlico. Eneste caso, un trozo de un metal es visualizado como unared de iones positivos que deja libres a los electronesde la ltima capa. Dado que entonces los electronesgozan de una gran movilidad a lo largo de la red, si secoloca una fuente externa en cada extremo del alambre,entrarn y saldrn electrones con gran facilidad, lo queexplica la conductividad elctrica.

Adems, si una capa de iones metlicos es forzada aatravesar otra capa al ser golpeada la lmina metlicapor un martillo, la flexibilidad del mar electrnico lepermitir amoldarse a la nueva situacin, explicndosecon ello la maleabilidad que caracteriza tambin a losmetales.


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Qu tienen en comn los aceros, las gasolinas, losvidrios y las aguas minerales envasadas industrialmente?En la elaboracin de estos tiles materiales de nuestracotidianidad son esencialmente importantes las sustanciasque se utilizan y las concentraciones en las cuales esassustancias son aadidas.

En la produccin del acero se hace necesario reducir lacantidad de carbono del hierro bruto hasta un 1,5%mximo, as como eliminarle, en forma de escoria,impurezas como el silicio y el fsforo. Luego se aadenen determinadas concentraciones los elementos dealeacin (Cr, Ni, Mn, V, Mo, W) que le darn al acero laspropiedades deseadas.


Mezclas y disoluciones

Las gasolinas poseen diferentes estndares de calidad,como el denominado octanaje. Si contieneprincipalmente alcanos de cadena lineal (hexano,heptano y octano) la gasolina se quema muy rpidoocasionando detonaciones inconvenientes para elmotor. En cambio, si posee una mayor cantidad dealcanos de cadenas ramificadas, la combustin sersatisfactoria para el buen funcionamiento del automvil.

La fabricacin de vidrios es un arte milenario. El msantiguo es el llamado vidrio de cal y de sosa que contienecarbonatos de sodio y potasio, y dixido de silicio, donde

por cierto los iones calcio hacen al vidrio insoluble enagua, pudindose usar en objetos como vasos y botellas.Si se le agrega Fe2O3 (xido de hierro), el vidrio adquiereel caracterstico color verde botella, mientras que el xidode cobalto (CoO) le imprime una coloracin azul. Y sipor ejemplo se quiere que resista cambios bruscos detemperatura sin resquebrajarse, propiedad muy importantepara el instrumental de laboratorio de qumica, se leaade xido brico (B2O3).

Por su parte, al agua mineral que nos tomamos, ademsde que cumpla con las normas bacteriolgicas, esnecesario que se le controle la concentracin de los

diferentes iones: Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NO3-, SO42- yCl-, entre otros. De este modo estamos en presencia decuatro ejemplos de mezclas o disoluciones importantesen nuestras vidas.

Vitral (1954).Biblioteca Central UCV.

Fernand Lger,pintor y muralista francs (1881-1955).


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Clasificando mezclas y disolucionesLas mezclas y disoluciones se pueden clasificar siguiendodiversos criterios. Segn su apariencia ptica, tenemosmezclas heterogneas que son aquellas formadas pormateriales que poseen diferente composicin segn lazona donde se observe. Un ejemplo muy conocido es elgranito de los pisos. En cambio, una mezcla que tiene

una composicin constante en toda su extensin se leclasifica como mezcla homognea. Ejemplo: lasaleaciones metlicas o una solucin como el azcaren agua.

El tamao de las partculas tambin nos da diferentestipos de mezclas. Los tomos y la mayora de lasmolculas e iones tienen tamaos que no exceden a 1nm (1 nanmetro = 10-9 metros). Ello es lo que caracterizaa disoluciones propiamente dichas como la sal en agua.Pero si las dimensiones de las partculas van entre 1 y1 000 nm estamos en presencia de coloides.


Una de las propiedades que diferencian lasdisoluciones verdaderas de las coloidaleses la capacidad que poseen estas ltimasde dispersar la luz en diferentes direcciones(vaso a la izquierda). ste es el llamadoefecto Tyndall que podemos observar enla dispersin de los rayos del Sol por elpolvo suspendido en el aire.

Como ejemplos de mezclas coloidales podemosmencionar:

Aerosoles lquidos como la niebla, nubes, rocosaerosoles.

Aerosoles slidos como partculas de humo u holln enel aire, virus en el aire, escapes de automviles.

Emulsiones, es decir, lquidos dispersos en otros lquidos,como la leche, la mayonesa, crema facial.

Soles, slidos dispersos en lquidos como las pinturas.

Geles, lquidos dispersos en slidos como las gelatinas.

Espumas, gases dispersos en lquidos como la espumade la malta.

Hazlo t mismo. Coloides coagulados

Aade dos cucharadas soperas de vinagre o jugo de limn a unos 100 ml de leche completa y a 100 ml de lechedescremada. Agita y observa qu sucede. Djalas reposar por 24 horas a temperatura ambiente. Observa y registralos resultados. Qu ocurri? Qu ocurrir si en lugar de aadir vinagre agregas dos cucharadas de sal? Tendrla sal el mismo efecto sobre la leche que el cido?

Sabas que...?

Las partculas de suelo son acarreadas por los ros en forma de soles hidrofbicos. Cuando el agua de ro, quecontiene grandes cantidades de partculas de sedimentos suspendidas, se encuentra con agua de mar, que poseeelevadas concentraciones de iones, las partculas se coagulan para formar agregados. Los deltas de los rosMississippi, Nilo y Orinoco se formaron de esta manera.

Aleacin

Bronce

Acero inoxidable

Soldadura usadaen electrnica

Latn

Oro blanco18 kilates

Composicin

Cobre 70-95%Zinc 1-25%Estao 1-18%

Hierro 73-79%Cromo 14-18%

Nquel 7-9%

Estao 63%Plomo 37%

Cobre 50-80%Zinc 20-50%

Oro 75%Plata 12,5%Cobre 12,5%

Usos

EsculturasPiezas mecnicas

Utensilios de cocinaPiezas mecnicas

Cubiertos

Conexioneselctricas

AdornosEnvases paraalimentos

Joyera


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Heterognea

Filtracin

Tamizacin

Decantacin

Centrifugacin

Imantacin

Separar arenay limo

Slido mslquido

Separar hierrode otros slidos

Separar lquidosinmiscibles o

trasvasar

GravedadResiduo sobre

papel

Al vacoPresin de H20para succionar

Homognea

Destilacin

Evaporacin

Cristalizacin

Cromatografa

Extraccin

H2O + salcalentar o dejar

al aire

Separacin desolutos basada eninteracciones entre

stos, la fase mvil yla fase estacionaria

Separacinbasada en la

polaridad

Tcnica depurificacin basada

en solubilidad ensolventes fros y

calientes

Separar doso ms lquidosde diferentes

puntos deebullicin

Mezclas

Aunque con frecuencia utilizamos los trminos de maneraindiferenciada, en una mezcla heterognea las sustancias queestn en contacto unas con otras sufren interacciones muypequeas. Ello ocurre, por ejemplo, si mezclamos harina y azcar,o en un suelo donde tengamos arena, trocitos de rocas, humus,etc. En cambio, en mezclas homogneas como una disolucinlas sustancias constituyentes interactan entre s de tal formaque pueden romperse y formarse enlaces entre los constituyentesque las conforman. Veamos.

Al aadirle sal comn (NaCl) al agua, las molculas polares delsolvente rompen la red cristalina y rodean a los iones sodio (Na+)y a los iones cloruro (Cl-), orientndose de manera diferente en

cada caso. Por ejemplo, pueden colocarse los tomos de oxgeno(polo negativo de la molcula de agua) frente a los iones sodioy, los tomos de hidrgeno (polos positivos), hacia los ionescloruro. As, las cargas opuestas se atraen formndose enlacesentre las partculas, lo que conduce a la disolucin de la sal.

El azcar de mesa (sacarosa), por el contrario, no se disocia eniones. Aqu las fuerzas de atraccin que mantienen unidas a lasmolculas de sacarosa en el cristal son vencidas por las fuerzasque atraen a las molculas del solvente (agua) y del soluto (elazcar), formndose enlaces tipo puente de hidrgeno. (Paramayor informacin revisa el captulo correspondiente).

Cuando una sustancia no es soluble en otra, como el agua y elaceite (imagen a la derecha), lo que ocurre es que la dbil fuerzade atraccin que pueda existir entre las molculas de amboslquidos no compensa las fuerzas de atraccin que existen entrelas molculas de agua (que estn enlazadas unas con otrasmediante puentes de hidrgeno sustancialmente fuertes), nitampoco la fuerza que atrae entre s a las molculas del aceite.De all que digamos: lo semejante disuelve lo semejante. Lasmolculas polares del agua disuelven al cristal inico de la saly al cristal de las molculas polares de la sacarosa, mientrasque no disuelven a las molculas no polares del aceite.

Molculas de agua

In Na+

In Cl-

Ioneshidratados

Proceso de disolucin de sal en agua

Mezclas y disoluciones iguales o diferentes

Mtodos deseparacin de mezclas


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Influencia de la temperatura y la presinen la solubilidad

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Cuando queremos preparar una limonada esrecomendable agregar y disolver el azcar antes deaadirle el hielo. La razn es muy simple: una bajatemperatura no slo retarda el proceso de disolucin sinoque disminuye la cantidad de azcar que pueda disolverse.Hablando de bebidas refrescantes, todos hemos vistocmo una gaseosa caliente burbujea ms intensamenteque estando fra. En otras palabras, el CO2 (dixido decarbono contenido en la gaseosa) tiende a disolverse enmenor cantidad a ms altas temperaturas. Los peces sonvctimas frecuentes de la disminucin del oxgeno disueltoen los cuerpos de agua por el aumento de la temperatura,debido, por ejemplo, a la descarga de agua calienteproveniente de una industria.

En la grfica se observa cmo vara la solubilidad dediversas sales a medida que aumenta la temperatura.


50

100

50 100

Solubilidad

(g/100

g

H20)

0

0Temperatura (C)

NaNO3

KNO3

KCL

NaCl

KClO3

Ce2(SO4)3

Otra situacin bien interesante, pero a la vez muypeligrosa, es la que pueden confrontar los buzos siascienden muy rpido desde la profundidad de las aguas.

Como sabemos, todo buceador debe llevar un suministrode aire comprimido. El aire sometido a las altas presionesde las aguas profundas es ms soluble en la sangre quea presiones atmosfricas normales.

Si el buzo asciende muy rpidamente, el exceso denitrgeno disuelto en su sangre se desprende comoburbujas, ocasionando fuertes dolores en las extremidadesy articulaciones. Adems, al interferir peligrosamente conel sistema nervioso, tambin produce vrtigo, parlisisy sordera. Para evitar esto, el buzo debe ascenderlentamente o someterse a una cmara de descompresin.Adicionalmente se puede sustituir el aire por una mezcla

helio-oxgeno, ya que el helio es menos soluble en lasangre que el nitrgeno.

Destapar una bebida gaseosa es un casofrecuente que nos ilustra acerca de cmoinfluye la presin en la solubilidad de lassustancias. Al quitar la tapa, disminuimosviolentamente la presin a la que fueenvasada la bebida que contiene dixidode carbono, por lo que ste escapa de ladisolucin.


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Concentracin de las disolucionesPara expresar la concentracin de las disoluciones,se utilizan relaciones proporcionales entre la cantidadde una de las sustancias componentes (generalmenteel soluto) y la cantidad de disolucin o de solvente.Estas cantidades se expresan en trminos de masa(gramos y kilogramos), volumen (litros o decmetros

cbicos) y cantidad de sustancia (moles y milimoles).Estas ltimas unidades sern presentadas en elcaptulo correspondiente.

Interesante

El CO inhalado reduce la capacidad de la sangre paratransportar O2. Cuando su concentracin alcanza el valor de2,38 g/dm3 resulta mortal. Por ello es realmente peligrosomantener encendido el motor de un automvil en sitioscerrados como lo es un garaje.

Apoyo didcticoUna estrategia para presentar las magnitudes de concentracin de las disoluciones podra ser la siguiente.

Pregunta cmo se puede establecer la concentracin de personas en un rea determinada (densidad poblacional).De all se deduce que hace falta proponer una relacin proporcional entre el nmero de personas y el rea que ellasocupan. Sera recomendable hacer clculos sobre cunto vara la concentracin al modificar el nmero de personaso el rea y deducir que diferentes reas con distinto nmero de personas pueden tener la misma densidadpoblacional.

Luego, sobre la base de que la cantidad de un material se puede expresar mediante la masa, el volumen o la cantidadde sustancia, los estudiantes deduciran las posibles combinaciones en que se pueden presentar las proporcionesentre la cantidad de soluto y la cantidad de disolucin o solvente, dndose cuenta de que algunas relaciones posiblespudieran parecer sin una evidente utilidad prctica.

En el siguiente cuadro se presentan algunas de las magnitudes ms comnmente utilizadas para expresar lasconcentraciones de las disoluciones.

Magnitud

Masa / Masa

Masa / Volumen

Volumen / Volumen

Frmula

% m/m= (msto / mdsolc ) x 100

% m/V = (msto /Vdsolc) x 100

% V/V = (Vsto / Vdsolc) x 100

Unidad

%

%

%

Ejemplo

% m/m = 30 %. Significa que hay 30 g de soluto

por cada 100 g de disolucin.% m/V = 25 %. Significa que hay 25 g de solutopor cada 100 ml de disolucin.

% V/V = 50 %. Significa que hay 50 ml de solutopor cada 100 ml de disolucin.

Sabas que...?

Partes por milln (ppm) es una unidad que se emplea para expresar la concentracin de las disoluciones cuandose utilizan cantidades muy pequeas de solutos. Por ejemplo: 12 ppm significa que hay 12 mg de soluto por decmetrocbico de solucin.

sto= soluto dsolc=disolucin


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