Hidrocarburos

COMPUESTOS ORGÁNICOS
Los compuestos orgánicos se basan en el átomo de carbono, esto es así porque es el único elemento que tiene la propiedad de formar moléculas y estructuras lo suficientemente complejas, el silicio que pertenece al mismo grupo también llega a formar estructuras de cierta complejidad pero en menor grado.

Estas estructuras pueden ser naturales como las que existen en cualquier organismo animal o vegetal o artificiales como en los plásticos.

Los compuestos orgánicos están formados fundamentalmente por cuatro elementos:

• Carbono
• Hidrógeno
• Oxígeno
• Nitrógeno

En ciertos casos también contienen otros elementos tales como azufre, cloro, fósforo etc.

Aunque todos los compuestos orgánicos poseen carbono no implica que toda sustancia que contenga átomos de carbono sea orgánica, por ejemplo los carbonatos y el dióxido de carbono son sustancias inorgánicas.

Los compuestos orgánicos en general poseen uniones covalentes, raras veces iónicas y son muy numerosos, se conocen mas de 3.000.000, mientras que las sustancias inorgánicas no sobrepasan las 200.000.

Hidrocarburos

Están formados por átomos de carbono e hidrógeno, el petróleo y el gas natural son mezclas de hidrocarburos.

Los hidrocarburos se extraen de yacimientos naturales, se originaron a partir de los restos de animales extinguidos hace millones de años, se envían por cañerías que pueden tener miles de kilómetros de longitud, las que transportan petróleo se llaman oleoductos y las que transportan gas gasoductos, los poliductos transportan gas y petróleo, obviamente por distinta cañerías

El petróleo se envía a las destilerías donde se obtienen las naftas, el gasoil, aceites, asfalto y otros derivados, las principales destilerías que existen en el país son:

• Destilería La Plata, de Repsol Y.P.F en Ensenada
• Destilería Luján de Cuyo, de Repsol Y.P.F., en Mendoza
• Destilería Campana, de EssoDestilería Dock Sud, de Shell
• Destilería Bahía blanca, de EG3

El nombre destilería se debe a que el petróleo ingresa en torres de destilación en donde se separan los diferentes componentes aprovechando los distintos puntos de ebullición.El gas se puede utilizar como combustible o ser enviado a plantas petroquímicas para la producción de plásticos tales como el polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo (P.V.C) etc
.Alcanos o hidrocarburos saturadosSe caracterizan porque los átomos de carbono están unidos por enlaces simples.

El primero de ellos es el metano (tiene un solo átomo de carbono por lo que no existen enlaces entre átomos de este elemento).

Responden a la fórmula general: C_n H_2n+2

Donde n es el número de átomos de carbono

Fórmulas desarrolladas

Butano

Estos cuatro hidrocarburos son gaseosos a presión y temperatura ambiente, pero hay una diferencia importante que determina los usos que se les pueden dar, al propano y al butano aplicándoles presión se los puede licuar a temperatura ambiente, por eso se los utiliza en encendedores y garrafas, en cambio el metano y el etano no se pueden licuar a temperatura ambiente, el gas de red contiene estos hidrocarburos y en los automóviles que funcionan con G.N.C. (gas natural comprimido), este se almacena a alta presión pero en estado gaseoso.A partir del pentano C₅H₁₂ son líquidos a presión y temperatura ambiente.
Actividad 1: representar las fórmulas moleculares, semidesarrolladas y desarrolladas de:Pentano, hexano, heptano, octano, nonano y decano.

Los hidrocarburos vistos hasta ahora son de cadena lineal, También se los llama normal (n) por ejemplo n- hexano o normal hexano, existen también hidrocarburos de cadena ramificada, pero antes se debe ver lo que son los radicales.

RadicalesSon grupos de átomos con estructuras similares a las vistas pero con un átomo de hidrógeno menos, esto permite que quede un enlace libre para unirse a otra cadena.Isómeros
Son hidrocarburos que responden a la misma fórmula no desarrollada , pero la fórmula desarrollada es distinta

Isómeros
La fórmula no desarrollada es la misma, pero la desarrolada distinta, también lo son sus propiedades

Actividad 2:representar la fórmula semidesarrollada del radical etilo y las fórmulas desarrollada y semidesarrollada del radical propilo

Hidrocarburos de cadena ramificadaLos hidrocarburos pueden tener una única cadena, como los anteriores o ramificaciones esto ocurre cuando en lugar de haber átomos de hidrógeno unidos a todos los carbonos de la cadena principal, hay unidos uno a más radicales como los vistos.

2,2,4-trimetilpentano
2 metil, 3 etil pentano
2 metil hexano

Actividad 3:representar las fórmulas moleculares, semidesarrolladas y desarrolladas de los siguientes hidrocarburos e indicar cuales son isómerosa) 3 - metilhexano b) 2,3 - dimetilheptano c) trimetilbutano d) 3,3 – dimetilpentanoe) 4 - etiloctano f) 2,2,4 – trimetilpentano g) 3,3,5 trimetilheptano h) 2,3 – dimetilhexanoi) metilpropano j) 2,2 dimetilhexano k) 2,2,3 - trimetilhexano l) 3,3,6 - trimetiloctano
Número de octano

El término es muy conocido, en las estaciones de servicio se puede leer que una nafta tiene por ejemplo 95 octanos. Cuanto mayor es el número de octano de una nafta esta es de mejor calidad, en una nafta con bajo nro. de octano se puede producir el pistoneo del motor, este es debido a que la combustión en los cilindros no ocurre en forma regular o sea en el momento en que se produce la chispa en la bujía, e inclusive se produce en forma incompleta.

Determinación del nro. de octano

El 2,2,4 trimetilpentano es una excelente nafta, y el n-heptano la peor, con estos dos hidrocarburos se preparan mezclas y se compara esta mezcla con una nafta que se quiere evaluar en un motor de prueba, una nafta tiene por ejemplo 85 octanos si se comporta igual que una mezcla preparada con un 85% de 2,2,4 trimetilpentano y un 15% de n-heptano.
Procedimientos para mejorar el nro. de octano
Una forma es mediante el agregado de tetraetilplomo. Esta sustancia mejora el nro. de octano de la nafta pero produce problemas en el medio ambiente puesto que el plomo es tóxico, provoca una enfermedad llamada saturnismo.

Otro procedimiento para mejorar las naftas es por reformación, en este proceso las naftas se calientan en presencia de catalizadores de platino, se modifican las estructuras de los hidrocarburos, (catalizador es una sustancia o elemento que favorece una reacción sin consumirse, al menos teóricamente), por no tener plomo se las llama naftas ecológicas.

Alquenos o hidrocarburos etilénicosEn estos hidrocarburos dos átomos de carbono están unidos por un enlace covalente doble.El primero de ellos y el más simple es el eteno o etileno

Responden a la fórmula general: C_n H_2n

Isómeros de posiciónA partir del buteno se debe indicar en que posición se encuentra el enlace doble:

Ambas sustancias responden a la fórmula C₄ H₈, pero las fórmulas semidesarrolladas muestran que son diferentes.

Actividad 4:

Representar las fórmulas desarrolladas y semidesarrolladas de: a) propeno b) 2-penteno

c) 2-hexeno d) 3-hexeno

Polimerización

Este tipo de reacciones son de gran importancia puesto que permiten la obtención de plásticos tales como el polietileno, el polipropileno, etc.

Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura (superiores a los 100 grados centígrados y 1000 atmósferas) ocurre la polimerización del etileno (o eteno), donde las moléculas se unen entre si.
Alquinos
En estos hidrocarburos hay dos átomos de carbono unidos por un enlace triple, responden a la fórmula general: C_nH _2n-2 El primero de ellos es el etino o acetileno, se utiliza en sopletes para altas temperaturas puesto que al romperse la triple ligadura se libera una gran cantidad de energía.

Actividad 5: representar las fórmulas semidesarrolladas y desarrolladas de a) 2 - pentino b) 1 - butino

c) 2 – butino d) propino, e indicar cuales son isómeros

Para ampliar (ver)

Principios y leyes químicas

Principios y leyes químicas, masas atómicas y moleculares, Mol

Principio de Lavoiser (o de conservación de la materia)

En toda reacción química la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

Este principio es bastante evidente, en una reacción química puede ocurrir que una o mas sustancias se transformen en otra u otras distintas, pero durante la reacción no se crea ni se destruye materia, si por ejemplo hay 100 gramos de reactivos antes de la reacción habrá 100 gramos de productos después que esta ocurrió. (En realidad hay una ínfima cantidad de materia que transforma en energía de acuerdo a la famosa ecuación de Einstein

E= m . c², donde m= masa y c= velocidad de la luz, esta cantidad es despreciable, e imposible de medir en las reacciones químicas, pero importante en las reacciones nucleares).

Si reaccionan por ejemplo:

A + B → C + D Donde A y B son los reactivos; y C y D son los productos será:

Masa de A + Masa de B = Masa de C + Masa de D

El volumen en cambio no se conserva.

Ejemplo:

Al quemar carbono ocurre la reacción:

C + O₂ → CO₂

La masa de carbono mas la masa de oxígeno debe ser la misma que la de dióxido de carbono, pero los volúmenes son distintos.

Ley de Proust

La relación de masa con la cual están combinados dos elementos en un determinado compuesto es constante.

Esta ley es también bastante evidente, para cualquier muestra de agua pura la relación entre la masa de oxígeno y la masa de hidrógeno es siempre la misma.

Masa de oxígeno = 16 gramos de oxígeno = 8 gr de O/gr. de H

Masa de hidrógeno 2 gramos de hidrógeno

Este mismo razonamiento es aplicable a otras sustancias.

Ley de Avogadro (ver)

Volúmenes iguales de gases distintos medidos en iguales condiciones de presión y temperatura tienen igual número de moléculas

Esta ley se cumple cuando la temperatura es moderadamente alta y la presión moderadamente baja, y se debe a que la separación entre las moléculas es mucho mayor que el diámetro de las mismas, por lo que no influye el tamaño de estas. Por ejemplo si se tiene dos recipientes y ambos tienen un volumen de un metro cúbico y se encuentran a una temperatura de 20 grados centígrados y a una presión de una atmósfera, y uno de ellos contiene CO₂ (un gas cuyas moléculas son relativamente grandes) y el otro H₂ (moléculas muy pequeñas) la cantidad de moléculas en ambos será la misma.

A altas presiones y/o bajas temperaturas las moléculas están mas cercas unas de otras y por lo tanto influye el tamaño de las mismas.

Masas atómicas y moleculares, MOL

Masa atómica absoluta

Los átomos son extremadamente pequeños, el átomo mas pesados de los elementos naturales es el de uranio cuya masa es de 3,95 * 10^-22 gramos. Por este motivo utilizar las masas atómicas absolutas resulta poco práctico.

Masa atómica relativa

Se toma como referencia al isótopo 12 del carbono, (carbono 12), que es el más abundante y contiene 6 protones y 6 neutrones, o sea 12 partículas “pesadas”, (recordar que las masas del protón y el neutrón son 1840 veces mayores que la del electrón) y se define una unidad de masa atómica – u- como la doceava parte de la masa del carbono 12.

u= 1/12 de m A ¹²C

La masa atómica relativa del carbono 12 es obviamente 12, este valor es un número sin unidades puesto que es a los efectos de establecer una comparación tomando una referencia, por ejemplo la masa atómica del sodio Na es 22,989, esto significa que la masa atómica del Na es casi el doble que la del carbono 12, o la del cloro Cl que es 35, 45 aproximadamente el triple. Todos estos valores figuran en la tabla periódica. Nótese que no interesa en estos ejemplos lo que pesa realmente un átomo sino que se están haciendo comparaciones.

Masa molecular relativa

La masa molar relativa de una sustancia se obtiene sumando los pesos atómicos de los átomos que la forman.

Por ejemplo para el agua tomando las masas atómicas aproximadas será:

Hidrógeno - H ____ 1 * 2 = 2

Oxígeno - O ______ 16 * 1 = 16

Masa molecular relativa del agua = 18

Actividad 1:Calcular las masas moleculares relativas de:

a) Amoníaco b) Ácido sulfúrico c) dióxido de carbono d) trióxido de azufre e) Ácido nítrico

f) Cloruro de hidrógeno g) Monóxido de dicloro h) Agua oxigenada

Mol

El número de átomos o moléculas que intervienen en una reacción química en el laboratorio o en la industria es muy grande, por ello es necesario definir una unidad práctica para la cantidad de materia que interviene en una reacción, la unidad que se utiliza para ello es el mol, que es una medida usada en el Sistema Métrico Legal Argentino, para definirlo se deben ver otros conceptos.

Atomo gramo

Se define como átomo gramo de un elemento al conjunto de átomos cuya masa total, en gramos, coincide numéricamente con la masa atómica de ese elemento, lógicamente 12 gramos de carbono 12 es un átomo gramo de ese elemento. Si se trata de una sustancia molecular como el agua se la llama molécula gramo, 18 gramos de agua es una molécula gramo de esa sustancia., y en sustancias iónicas fórmula gramo

El número de átomos que hay en 12 gramos de carbono 12 es 6,02 * 10 ²³ (una cantidad enorme), a ese valor, se lo llama Número de Avogadro

En 12 gramos de carbono 12 hay un mol de átomos de carbono, esto es lo mismo que decir que un mol de átomos de carbono son 6,02 * 10 ²³ átomos de carbono.

Lógicamente en un mol hay un Nro. de Avogadro de átomos, y en el caso de una sustancia en un mol hay un Nro. de Avogadro de moléculas.

Esto se pude generalizar para cualquier sustancia o elemento:

Por ejemplo en 40, 08 gramos de Calcio (ver tabla periódica) hay 6,02* 10²³ átomos de calcio.

En 18 gramos de agua hay 6,02 * 10 ²³ moléculas de agua. Obviamente si se divide un átomo gramo por el número de Avogadro se obtiene la masa atómica absoluta, en el caso del calcio: 40,08gr. / 6,02 *10²³ = 6,658 * 10^{-23 gramos.}

En las reacciones químicas no se trabaja con átomos o moléculas individuales sino con grandes cantidades, por ejemplo en la reacción:

Na OH + H Cl → Na Cl + H₂O

Podría reaccionar un mol de hidróxido de sodio, o sea 40 gramos, con un mol de ácido clorhídrico (36,5 gramos) para dar como productos un mol de cloruro de sodio (58,5 gramos)y un mol de agua (18 gramos). Sumando las masas de reactivos y las masas de productos se puede comprobar el principio de Lavoisier. (Por simplicidad se tomaron valores de masas atómicas relativas aproximadas)

Ejemplos:

a)¿ Cuantos átomos y cuantos moles de hierro hay en 500 gramos de este elemento?

Aplicando regla de tres simple:

En 55,847 g. _________ 1 mol __________ 6,02 *10²³ átomos

En 500 g. _________ 8,953 moles ______ 53,89 * 10 ²³ átomos = 5,389 * 10²⁴ átomos.

b)¿ Cuantos moles y cuantas moléculas de metano C H₄ hay en 300 gramos de esta sustancia?

El peso molecular aproximado del metano es 16.

En 16 g.________ 1 mol ____________ 6.02 * 10²³ moléculas

En 300 g. _______ 18,75 moles ­­_______ 112,875 * 10 ²³ moléculas = 1,112875 * 10²⁵ moléculas.

Actividad 2

¿ Cuantos átomos de sodio hay en 880 gramos de este elemento?

¿ Cuántos moles y cuántas moléculas de amoníaco hay en 200 gramos de esta sustancia?

¿ Cuántos moles de ácido sulfúrico hay en 450 gramos de esta sustancia?

¿Cuántos moles y cuántas moléculas de trióxido de azufre hay en 50 gramos de esta sustancia

¿ Cuántos átomos y cuantos moles de potasio hay en 15 gramos de este elemento?¿Cuántos moles y cuántas moléculas de dióxido de carbono hay en 25 gramos de esta sustancia?.

Sales

Como ya se mencionó en el tema ácidos y bases, estos se neutralizan mutuamente formando sales.

El término es conocido, normalmente cuando se habla de sal, se está haciendo referencia al cloruro de sodio o sal común, pero esta solo una de la gran cantidad de sales que existen, por ejemplo, el “sarro” que se forma en los picos de las pavas, es otra sal muy abundante en la naturaleza, el carbonato de calcio (Ca CO₃); el sulfato cúprico (Cu SO₄), cristales de color azul, que se puede usar como biocida en piletas de natación, o para cobreado electrolítico; el hipoclorito de sodio(Na Cl O) diluido es la lavandina; el sulfato de calcio hidratado (Ca SO₄) es el yeso, el sulfato de aluminio Al₂ (SO₄)_{3 se utiliza para purificar el agua, anula las cargas eléctricas de las partículas en suspensión de modo que estas no se repelan , se aglutinen formando partículas mas grandes que decantan}

Las sales son sustancias iónicas.

Neutralización ácido-base

Na OH + H Cl → Na Cl + H₂O

Reacciona hidróxido de sodio con ácido clorhídrico dando como productos cloruro de sodio y agua. En esta reacción desaparecen los protones hidrógeno que determinan el carácter ácido y los aniones oxhidrilos que determinan el carácter básico formando agua (neutra), el anión del ácido se une al catión metálico del hidróxido para formar la sal. Los productos de la reacción: sal y agua ya no son agresivos a la piel como el ácido y el hidróxido, y el valor del pH, si se hiciera con las cantidades exactas, sería 7.Este tipo de reacciones son exotérmicas.

H⁺ + OH^- → H₂ O

Se utiliza como indicador fenoftaleina, que es un compuesto orgánico que en medio básico adquiere una coloración rojo bordó y en medio ácido es incolora, esta sustancia permite saber cuando se agregó la cantidad suficiente de ácido para que el medio sea neutro o, si se agrega en exceso, ácido.

El ejemplo anterior es muy sencillo puesto que en este caso se combinan en una proporción “uno a uno” y no es necesario balancear la reacción, esto es así porque el anión cloruro actúa con nro. de oxidación

– 1 y el catión sodio con nro. de oxidación + 1, pero este es un caso particular, cuando reaccionan ácidos y bases en que los respectivos aniones y cationes actúan con diferentes valores absolutos de números de oxidación, se deben tener en cuenta para representar la fórmula de la sal que se forma y debe balancearse la reacción.

Dispositivo

Ejemplo de una reacción de neutralización

El siguiente procedimiento se debe entender para poder representar correctamente la fórmula de una sal y la reacción de formación.

Fórmula y formación de una sal neutra a partir de un ácido y una base

Reacción de ácido sulfúrico, H₂ SO₄ con hidróxido férrico o hidróxido de hierro III, Fe (OH)_3.

El anión sulfato (SO₄)^-2 tiene nro. de oxidación – 2 (siempre coincide con la cantidad de protones hidrógeno pero con signo negativo).

El catión hierro Fe⁺³ actúa con estado de oxidación + 3 (siempre coincide con la cantidad de aniones oxhidrilos).

En ambos casos debe ser así porque las sustancias son eléctricamente neutras, igual cantidad de cargas positivas que negativas.

La sal se forma con el anión sulfato y el catión hierro, y simultáneamente se forma agua.

Como la sal debe ser eléctricamente neutra debe haber igual cantidad de cargas negativas debidas al anión sulfato, que cargas positivas debidas al catión hierro.

Fe+3	(SO4)-2
(+3)*2 = 6	(-2)*3 = - 6

O sea que debe estar formada por 2 cationes Fe⁺³ y 3 aniones (SO₄)^-2, la fórmula debe ser:

Fe₂ (SO₄)₃ Sulfato de férrico o sulfato de hierro III (se usa como abono agrícola y para teñir telas).

La reacción “en principio” se puede representar: (considerando solo reactivos y productos)

H₂ SO₄ + Fe (OH)₃ → Fe₂ (SO₄)₃ + H₂ O

A esta ecuación falta balancearla teniendo en cuenta que debe haber igual cantidad de átomos de cada elemento en los reactivos que en los productos, para ello se utilizan los coeficientes.

3 H₂ SO₄ + 2 Fe (OH)₃ → Fe₂ (SO₄)₃ + 6 H₂ O

Ecuación completa

Nomenclatura

Nombre del ácido	Nombre del anión de la sal
Termina en ico	Termina en ato
Termina en oso	Termina en ito
Termina en hídrico	Termina en uro

Ejemplos:

2 H NO₃ + Ca (OH)₂ → Ca (NO₃)₂ + 2 H₂ O (Nitrato de calcio)H₂ SO₃ + 2 Cu OH → Cu₂ SO₃ + 2 H₂O (Sulfito cuproso o de cobre I)

2 H Br + Mg (OH)₂ → Mg Br₂ + 2 H₂O (Bromuro de magnesio)

Disociación de sales

Las sales como todo compuesto iónico se disocian en aniones y cationes

Ejemplos:Na₂ SO₄ ­­→ 2 Na⁺ + SO₄^-2 (Sulfato de sodio en aniones sulfato y cationes sodio).

K NO_{2 ­­}→ K⁺ + NO₂^- (Nitrito de potasio en aniones nitrito y cationes potasio)

Ca Cl₂ → Ca⁺² + 2 Cl^- (Cloruro de calcio en aniones cloruro y cationes calcio)

El mismo fenómeno que se observó en la práctica con cloruro de sodio ocurriría con cualquier otra sal soluble en agua. Las sustancias que se disocian en aniones y cationes, también lo hacen los ácidos y las bases, reciben el nombre de electrolitos.

Cobreado electrolítico

Es un procedimiento que sirve para revestir con cobre una chapa de hierro.

Este tipo de proceso se denomina Galvanoplastía,se utiliza por ejemplo para los techos revestidos con cinc, las latas de conserva revestidas con estaño o sanitarios revestidos con cromo , cromados.

Para hacerlo se sumergen un chapa de hierro y una de cobre en un recipiente que contiene una solución acuosa de sulfato de cobre.

La chapa de cobre se conecta al polo positivo y la de hierro al negativo.

De este modo los cationes cobre migran hacia el hierro y al llegar se depositan como cobre metálico.

Cu ⁺² + 2 e ^- → Cu ⁰

Percipiatado de cloruro de plata
Hay sales muy solubles en agua y otras insolubles.
Si se coloca nitrato de plata en un tubo de ensayo que contiene agua este se disuleve en la misma, al agregarle ácido clorhídrico, reacciona con el nitrato de plata formándosé cloruro de plata el cual es insoluble por lo tanto se deposita en el fondo formando un precipitado.

Ag NO₃ + H Cl → Ag Cl + H NO₃

Preciptado de Cloruro de Plata

Las sales vistas hasta ahora, son sales neutras, existen también sales ácidas y sales básicas, las primeras conservan uno o más protones hidrógeno en su estructura.

Ejemplo de sal ácida: Na HCO₃ Bicarbonato de sodio (o carbonato ácido de sodio).

Na OH + H₂ CO₃ → Na HCO₃ + H₂O

Es conocida puesto que se utiliza para combatir la acidez estomacal, en el laboratorio hay para casos de accidentes con ácidos, los neutraliza según las reacciones:

Na HCO₃ + H Cl → CO₂ + H₂O + Na Cl

2 Na HCO₃ + H₂ SO₄ → Na₂ SO₄ + 2 CO₂ + 2 H₂O

Las sales básicas conservan aniones OH^- en su estructura

Ejemplo de sal básica: Cu (OH) Cl Cloruro básico de cobre II

Cu (OH)₂ + H Cl → Cu (OH) Cl + H₂ O

Para ampliar VER

Hidróxidos -bases o álcalis

Se forman por la reacción de un óxido metálico con agua.

con metales que actúan con más de un número de oxidación se utiliza el mismo tipo de nomenclatura que para los óxidos ejemplo:

Fe (OH)₂ Hidróxido ferroso o de hierro II

Fe (OH)₃ Hidróxido férrico o de hierro III

Comportamiento básico del amoníaco

El amoníaco NH₃ es un hidruro covalente, por reacción con agua forma hidróxido de amonio, es un hidróxido que se forma con un no-metal.

NH₃ + H₂O Õ NH₄ OH

NH₄ OH → NH₄ ⁺ + OH^- ion amonio (disociación)

Actividad 4: Representar las fórmulas, las reacciones de formación a partir de sus óxidos y la disociación de los siguientes hidróxidos

a)Hidróxido de potasio b) Hidróxido de magnesio c) Hidróxido cúprico d) Hidróxido cuproso

e) Hidróxido de bario f) Hidróxido de litio g) Hidróxido de hierro II h) Hidróxido de hierro III i) Hidróxido de berilio.

Usos de algunos hidróxidos

Hidróxido de bario: Fabricación de azúcar, jabones, cerámicas, grasas para altas temperaturas.

Hidróxido de magnesio: Industrias del caucho, cosmética, medicinal.

Hidróxido de calcio: Fabricación de cementos.

Hidróxido de sodio: Fabricación de jabón, industria petrolera, fabricación de papel, industria plástica.

Hidróxido de potasio: Fabricación de jabón, baterías alcalinas, cosméticos, productos de limpieza.

Hidróxido de amonio: Preparación de levaduras, fabricación de detergentes.

PARA AMPLIAR (VER)

Acidos

Ácidos

Es un término muy conocido, el ácido de las baterías de los coches es el ácido sulfúrico, el vinagre contiene ácido acético, el limón ácido cítrico.

En esta unidad se verán los ácidos inorgánicos, en general son mas fuertes que los orgánicos, el ácido sulfúrico por ejemplo daña la piel mientras que el ácido cítrico no lo hace, el ácido acético concentrado pese a ser orgánico es agresivo a la piel.

Dentro de los ácidos inorgánicos hay dos tipos los oxoácidos y los hidrácidos, pese a las diferencias tienen todos algo en común que los permite ubicar dentro de esta clasificación, todos poseen en su estructura átomos de hidrógeno que al disociarse (separarse el anión del catión) forman iones o protones hidrógeno, H⁺

Características generales de los ácidos

• Reaccionan con algunos metales liberando hidrógeno

En un Erelnmeyer se colocan trozos de aluminio (puede usarse magnesio , cinc etc.) se le agrega ácido clorhídrico, se produce una reacción exotérmica en la que se genera gas hidrógeno. este se recoge en un tubo de ensayo y luego se coloca el tubo sobre un mechero,el hidrógeno arde y puede incluso explotar.
2 Al + 6 H Cl → 2 Al Cl₃ + 3 H₂
2H₂+ O₂→ 2H₂O

• Reaccionan con los carbonatos desprendiendo dióxido de carbono, (el ácido del limón daña el mármol de las mesadas de cocina)

Ca CO₃ +2H Cl → Ca Cl₂ + CO₂ + H₂O

• Reaccionan con las bases neutralizándolas, se forma sal y agua.

• Son en general muy corrosivos y dañan la piel, la ropa y peor aun, los ojos.

Oxoácidos

Se forman por la reacción de un óxido ácido con agua.

Ejemplo:

SO₃ + H₂O → H₂ SO₄ (trióxido de azufre + agua → ácido sulfúrico).

Obsérvese que en este caso el azufre actúa con su mayor estado de oxidación, + 6 y el ácido se nombra con la terminación ico.

Al disociarse se separa en el anión sulfato y protones hidrógeno según la siguiente ecuación:

H₂ SO₄ → SO₄^-2 + 2 H⁺

Si el ácido lleva la terminación ico, el anión la terminación ato, si el ácido lleva la terminación oso, (menor nro. de oxidación) el anión la terminación ito.

Ejemplo: para el ácido sulfuroso le corresponde el anión sulfito.

La carga o el Nro. de oxidación – 2 del anión sulfato es fácilmente deducible teniendo en cuenta los Nros. de oxidación de los elementos que lo forman, el azufre actúa con + 6 y el oxígeno con – 2 por lo tanto será:

+6 + 4 * (-2) = 6-8 = -2

El mismo razonamiento es aplicable a todos los aniones poliatómicos.

Actividad 1:Representar las reacciones de formación a partir de sus óxidos y las ecuaciones de disociación de los siguientes ácidos y nombrar los aniones:

• Ácido sulfuroso (azufre con estado de oxidación +4)
• Ácido nítrico (nitrógeno con estado de oxidación +5)
• Ácido nitroso (nitrógeno con estado de oxidación + 3)
• Ácido carbónico (carbono con estado de oxidación +4, este ácido se forma en una proporción mínima, el agua inhibe su formación ,de no ser así la soda no se podría beber).

En los casos en que los elementos pueden actuar con 4 números de oxidación, pueden formar 4 ácidos, tal es el caso del cloro que puede actuar con los números de oxidación 1, 3, 5 y 7.

( También actúa con otros nros. de oxidación pero no en estos casos) formando los siguientes ácidos:

En los 4 ácidos que se forman se utiliza la siguiente nomenclatura:

• Con número de oxidación +1 ácido hipocloroso. H Cl O
• Con número de oxidación + 3 ácido cloroso. H Cl O
• Con número de oxidación +5 ácido clórico. H Cl O₃
• Con número de oxidación +7 ácido perclórico. H Cl O₄

Se disocian de los siguientes modos:

H Cl O → H ⁺ + Cl O ^- (anión hipoclorito)

H Cl O_{2 →} H ⁺ + Cl O₂ ^- (anión clorito)

H Cl O_{3 →}H ⁺ + Cl O₃ ^- (anión clorato)

H Cl O₄ → H ⁺ + Cl O₄^_ (anión perclorato)

En los ácidos que se forman con el fósforo se deben distinguir los siguientes casos:

El fósforo puede actuar con Nros. De oxidación +3 y +5.

En los casos en que actúa con nro. de oxidación +5, puede formar 3 ácidos distintos según reaccione con una, dos o tres moléculas de agua.

Actividad 2: completar y balancear

P₂O₅ + H₂O → Ácido metafosfórico

P₂O₅ + 2 H₂O → Ácido pirofosfórico (o difosfórico)

P₂O₅ + 3 H₂O → Ácido ortofosfórico

La segunda reacción es teórica, lo que ocurre en realidad es que por calentamiento del ácido ortofosfórico, este pierde una molécula de agua formándose el ácido pirofosfórico (el prefijo piro está relacionado con calor o fuego (ejemplo: pirotecnia)

Actividad 3: representar la reacción

Ácido ortofosfórico → Ácido pirofosfórico + agua

Hidrácidos

Los hidrácidos son hidruros covalentes que al disolverse en agua adquieren carácter ácido.

H F fluoruro de hidrógeno ácido fluorhídrico.

H Cl cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico.

H Br bromuro de hidrógeno ácido bromhídrico.

H I ioduro de hidrógeno ácido iodhídrico.

H₂ S sulfuro de hidrógeno ácido sulfhídrico.

Los cuatro primeros se forman con elementos pertenecientes al grupo de los halógenos, y el último con azufre.

Obsérvese que en todos los casos se denominan con la terminación hídrico, los aniones correspondientes se denominan con la terminación uro, ejemplo Cl^- anión cloruro.

Se disocian de la siguiente forma: H Cl → H⁺ + Cl^-

Carácter ácido:

El carácter ácido está dado por la concentración de iones H⁺, cuanto mayor es esta, mayor el grado de acidez.

Concepto de pH

El pH - potencial hidrógeno – se define como:

pH = - logaritmo [H⁺]. Donde [H⁺] = concentración del protón hidrógeno.

El agua tiene pH = 7, es el valor de pH que se considera neutro (ni ácido ni básico).

El agua se disocia en una mínima proporción, lo hace del siguiente modo:

H₂O → H⁺ + OH^-

La concentración de protones hidrógeno: [ H⁺]es 0,0000001gramos por cada litro de agua (lo que equivale aproximadamente a que una de cada 500.000.000 de moléculas se disocian).

Concentración de protón hidrógeno: [H⁺] = 0,0000001 = 10 ^{– 7}

- Log. 10^-7 = 7 de esto surge que el pH es 7.

Si se agrega un ácido, por ejemplo ácido nítrico, al disociarse aumentará la concentración de protones H⁺, consiguientemente aumentará la acidez.

Si con el agregado del ácido, la concentración de protones hidrógeno aumentara a 0,01 gramos por litro la concentración seria [H⁺] = 10 ^-2.

- Log. 10^-2 = 2 de esto surge que el pH es 2.

Se puede observar que un valor de pH menor implica mayor acidez, los ácidos fuertes se disocian más.

pH <7>

pH = 7 (igual a 7) significa que el medio es neutro.

pH > 7 (mayor que 7) significa que el medio es alcalino.

Medición de pH

Valores de pH

Cintas para medir pH

Peachímetro

El papel tornasol y el papel para medir pH sirven como indicadores del mismo (lo hacen por colores). Existen unos aparatos llamados pH-metros (se pronuncia peachímetros) que como su nombre lo indica sirven para medir el pH.

Usos de algunos ácidos

Ácido sulfúrico: refinación de aceites en la industria alimenticia, industria petrolera, industria farmacéutica, colorantes, explosivos, fertilizantes, baterías de automóviles.

Ácido nítrico:colorantes, explosivos, industria plástica, decapante en la industria metalúrgica (limpia la superficie de los metales).

Ácido ortofosfórico: tratamiento de superficies metálicas (se llama también fosfatizado y mejora la adherencia por ejemplo de una pintura), fabricación de fertilizantes, industria farmacéutica, bebidas sin alcohol.

Ácido clorhídrico: intermediario en la industria química, decapante de metales, industria textil, insecticidas, plásticos.

Ácido fluorhídrico:fabricación de gases refrigerantes, (los clorofluorcarbonados, ahora prohibidos), industria petrolera, petroquímica, fabricación de dentífricos, (es el único ácido que ataca al vidrio).

Obtención de ácido suluroso

Se coloca azufre en una cuchara a la que se expone a la llama de un mechero.

Al quemarse el azufre ocurre la siguiente reacción :

S + O ₂ → SO_{2 se forma dióxido de azufre.}

Se introduce la cuchara en un frasco que contiene agua de modo que el dióxido de azufre

quede en su interior. Luego se cierra totalmente el frasco y se lo agita. El dióxido de azufre

reacciona con el agua formando ácido sulfuroso.

SO₂ + H₂ O → H₂ SO₃

La reacción se evidencia debido a que el gas desaparece por que reaccionó con el agua y

por que si se mide el pH su valor es entre 2 y 3

PARA AMPLIAR (VER)