Isótopos, cationes, aniones y radicales libres - q

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
FUNDAMENTROS ESPECTROSCÓPICOS
INTEGRANTES. Chuquimarca Marcia
Segura Carla
HORARIO: Jueves de 10 a 12pm
Isótopos, cationes, aniones y radicales libres
TEMA 1
1. Definición y características de cationes y aniones
Aniones.- los no metales ganan electrones para formar iones negativos y estos serán llamados
aniones.
Cationes.- Los metales pierden electrones para formar iones positivos llamados, cationes.
2. Métodos para obtener cationes y aniones de carbono
Carbocationes
los cationes se forman cuando un atomo se ve cargado positivamente...es decir pierden
electrones, ya que estos son cargas negativas... lo mas comun es que sean lo elementos
metalicos los que formen los cationes, pero tambien hay casos en los que los no metales
tambien los forman...como el caso del nitrogeno, carbono y boro y por ende la forma mas
común de formar un carbocatión es la ionización de un átomo o grupo de átomos unido al
carbono que se separa con sus electrones de enlace para formar un par iónico como en el caso
de Sustutuciones y adiciones aromaticas electrofilicas , o cuando se separa de un alogenuro de
alquilo el grupo salente (el halógeno)
Carbaniones
La desprotonación de un carbono con una base de Brönsted es el procedimiento más directo
para generar un carbanion;
Otras formas de generar carbaniones es mediante la reacción de Michael, o en reacciones que
se utilice el reactivo de Grignard, entre otras.
3. Estabilidad de cationes. Factores que influyen en la estabilidad.
Los carbocationes son principalmente intermediarios de reacción por lo que es difícil de
mantenerlos por mucho tiempo. Los más estables se han preparado en solución y, en algunos
casos, aun en estado sólido. En solución el carbocation puede estar libre, lo que es más
probable en disolventes polares en los que el catión estará solvatado, o puede existir como un
par iónico, lo que significa que está estrechamente asociado con un ion negativo llamado
carbanion. Los pares iónicos se forman fácilmente en disolventes no polares.
Los factores que determinan la estabilidad de los carbocationes son:
-Efectos electrónicos.-tanto, cualquier cambio estructural que incremente la densidad
electrónica en el centro positivo estabilizara al carbocation; así la presencia de un átomo o
grupo atrayente de electrones cercano al carbono positivo desestabilizará al catión mientras
que un grupo donador le conferirá estabilidad.
-Hiperconjugación.-por efecto de campo. En la hiperconjugación un enlace vecino al carbono
con carga positiva, comparte los electrones con el orbital vacío del carbocation estabilizándolo
de esta manera.
Resonancia.-átomos debido
a la presencia de un doble
enlace, un átomo que tenga
pares de electrones no compartidos o un anillo aromático vecinos, la carga se estabiliza. Este
efecto se denomina efecto de resonancia, y es común en compuestos aromáticos, éteres o
carbocationes alílicos.
Efecto de los disolventes.-- sólo en muy pocos casos los carbocationes son lo suficientemente
estables para ser aislados; el papel del disolvente en las reacciones de generación de
carbocationes es de fundamental importancia, es más, muy pocas proceden en ausencia de
disolvente; obviamente el disolvente juega un papel importante en facilitar el proceso de
ionización.
Transposición.- otra forma de estabilizar una carga positiva es mediante una transposición, que
consiste en que un átomo o grupo de átomos vecinos al carbocation, se transfiera al
carbocation junto con sus electrones de enlace, para dejar una carga positiva más estable.
4. Posibles usos.
Hay multitud de aplicaciones basadas en el uso de iones y cada día se descubren más, desde
detectores de humo hasta motores iónicos. Los iones inorgánicos disueltos son un componente
de los sólidos (sólidos totales disueltos) presentes en el agua e indican la calidad de esta.
Amas de esto en la actualidad se están usando en intercambiadores de iones mediante resinas
de alto peso molecular las cuales permiten el intercambio de un ion por otro específico.
Los cationes son usados como la parte positiva en un compuesto formando un enlace iónico y
estos participan en reacciones en su mayoría de intercambio iónico que tienen aplicaciones en
la medicinas como las resinas de intercambio catiónico ( NOVEFAZOL) que contrarrestra
problemas digestivos con precauciones Deberá tenerse especial cuidado en el uso de resinas
de intercambio catiónico, en pacientes con tendencia a padecer estreñimiento (se presenta con
mayor frecuencia en pacientes de edad avanzada), en caso de presentarse, el tratamiento con
NOVEFAZOL deberá interrumpirse hasta que se haya restablecido la motilidad intestinal
normal.
TEMA 2.
1. Definición y características de los isótopos
Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen cantidad
diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en masa. La mayoría de los elementos químicos
poseen más de un isótopo; solamente 21 elementos, por ejemplo el berilio y sodio; poseen un
solo isótopo natural; mientras que el estaño es el elemento con más isótopos estables. Otros
elementos tienen isótopos naturales, pero inestables, como el Uranio, cuyos isótopos están
constantemente en decaimiento, lo que los hace radiactivos.
Los isótopos inestables son útiles para estimar la edad de variedad de muestras naturales,
como rocas y materia orgánica. se llaman isótopos cada una de las variedades de un átomo de
cierto elemento químico, los cuales varían en el núcleo atómico. El núcleo presenta el mismo
número atómico (Z), constituyendo por lo tanto el mismo elemento, pero presenta distinto
número másico (A). Los diferentes átomos de un mismo elemento, a pesar de tener el mismo
número de protones y electrones (+ y -), pueden diferenciarse en el número de neutrones.
Puesto que el número atómico es equivalente al número de protones en el núcleo, y el número
másico es la suma total de protones y neutrones en el núcleo, los isótopos del mismo elemento
sólo difieren entre ellos en el número de neutrones que contienen. Los elementos, tal como se
encuentran en la naturaleza, son una mezcla de isótopos. La masa atómica que aparece en la
tabla periódica es el promedio de todas las masas isotópicas naturales, de ahí que
mayoritariamente no sean números enteros.
2. Principales isótopos de C, H, O, N, S y X.
Carbono:
-C12, constituye el 98,89% del carbono natural y sirve de patrón para la escala de masas
atómicas;
-C13 ,es el único isótopo magnético del carbono, y se usa en estudios estructurales de
compuestos que contienen este elemento;
- C14, producido por el bombardeo de nitrógeno con rayos cósmicos, es radiactivo (con una
vida media de 5.760 años) y se emplea para datar objetos arqueológicos.
Oxígeno:
El oxígeno tiene tres isótopos estables y diez radioactivos. Todos sus isótopos radioactivos
tienen un periodo de semidesintegración de menos de tres minutos
-16O, abundancia 99.726, es estable con 8 neutrones.
-17O, abundancia 0,038 El O es estable con 9 neutrones
-18O, abundancia 0,2 El O es estable con 10 neutrones.
Nitrógeno:
-14 N, es un isótopo estable, no-radiactivo del elemento químico nitrógeno, abarca
aproximadamente el 99% de todo el nitrógeno natural.
-15 N, es estable y no radiactivo, se emplea en investigación médica y en agricultura. También
se emplea habitualmente en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR)
Azufre:
Se conocen 18 isótopos del azufre, cuatro de los cuales son estables:
- 32S : 95,02% Estable con 16 neutrones
-33S: 0,75% Estable con 17 neutrones
-34S :4,21% Estable con 18 neutrones
-35S: es sintético, y cuyo período de vida media es de 87,32 d
-36S: 0,02% Estable con 20 neutrones
Cloro:
En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables de cloro; uno de masa 35uma, y el otro
de 37uma, con unas proporciones relativas de 3:1 respectivamente, lo que da un peso atómico
para el cloro de 35,5uma.
El cloro tiene 9 isótopos con masas desde 32uma hasta 40uma; sólo tres de éstos se
encuentran en la naturaleza: el 35Cl, estable y con una abundancia del 75,77%, el 37Cl,
también estable y con una abundancia del 24,23%, y el isótopo radiactivo 36Cl. La relación de
36Cl con el Cl estable en el ambiente es de aproximadamente 700×10–15:1.
El 36Cl se produce en la atmósfera a partir del 36Ar por interacciones con protones de rayos
cósmicos; en el subsuelo se genera 36Cl principalmente mediante procesos de captura de
neutrones del 35Cl, o por captura de muones del 40Ca.
El 36Cl decae a 36S y a 36Ar, con un periodo de semidesintegración combinado de 308000
años.
3. Métodos para obtener isótopos y abundancia relativa.
La cantidad relativa de un isótopo en la naturaleza recibe el nombre de abundancia isotópica
natural. La masa atómica de un elemento es una media de las masas de sus isotópos naturales
ponderada de acuerdo a su abundancia relativa. Por ejemplo, La plata (Ag) en su estado
natural está constituida por una mezcla de dos isótopos de números másicos 107 y 109.
Sabiendo que abundancia isotópica es la siguiente: 107Ag =56% y 109Ag =44%, el peso
atómico de la plata natural se calcula como:
En general las propiedades químicas de un elemento están determinadas fundamentalmente
por los protones y electrones de sus átomos y en condiciones normales los neutrones no
participan en los cambios químicos. Por ello los isótopos de un elemento tendrán un
comportamiento químico similar, formarán el mismo tipo de compuestos y reaccionarán de
manera semejante.
4. Estabilidad de los isótopos. Factores que influyen en la estabilidad.
Un elemento químico que tiene uno o varios isótopos, de los cuales todos, algunos, o ninguno,
pueden ser isótopos estables. Los isótopos que no son estables, a diferencia de los estables,
se desintegran para dar lugar a otros núclidos emitiendo partículas o radiación
electromagnética.
Por ejemplo, el tecnecio no tiene ningún isótopo estable mientras que el estaño tiene diez
isótopos estables.
Se conocen unos 2500 núclidos, de los cuales son estables menos de 300. La representación
del número de neutrones (N) frente al número de protones (número atómico, Z) indicándose los
isótopos estables se denomina carta de Segrè (diseñada por el físico Emilio Segrè).
La región de estabilidad es estrecha, cumpliéndose que para números de masa (A) pequeños
el número de protones y de neutrones es similar, mientras que conforme aumenta A, la relación
N/Z también aumenta (hasta un valor de aproximadamente 1,6).
Se encuentra que para Z=43, Z=61 o Z>83 no hay ningún núclido estable.
5. Posibles usos.
En medicina la radiación de alta energía emitida por el radio fue utilizada durante mucho tiempo
en el tratamiento del cáncer. Actualmente se usa el cobalto-60 para el tratamiento del cáncer
porque emite una radiación con más energía que la que emite el radio y es más barato que
este. En medicina se usa el tratamiento con cobalto-60 para detener ciertos tipos de cáncer con
base en la capacidad que tienen los rayos gamma para destruir tejidos cancerosos.. Su
proceso de desintegración se representa mediante la ecuación química nuclear:
1. 2760Co ----> 2860Ni + -10b + 00g . t1/2 = 5.27 años
Ciertos tipos de cáncer se pueden tratar internamente con isótopos radiactivos, como el cáncer
de tiroides, como el yodo se va a la glándula tiroides, se trata con yoduro de sodio (NaI) que
contenga iones de yoduros radiactivos provenientes del yodo-131 o del yodo-123. Allí la
radiación destruye a las células cancerosas sin afectar al resto del cuerpo.
Una de las primeras aplicaciones de los isótopos radiactivos en química fue en el estudio de las
velocidades de una reacción reversible para establecer las condiciones de equilibrio. Por
ejemplo, para conocer el equilibrio en una solución saturada de cloruro de plomo II (PbCl2). La
ecuación química que representa el equilibrio de esta solución es:
2. PbCl2(S) ----> Pb2+(ac) + 2 Cl1-(ac)
En estudios de química orgánica se usan los isótopos radiactivos como trazadores o
rastreadores (por ejemplo, carbono-14) para conocer los mecanismos de reacciones complejas
como las de la fotosíntesis, en la que en varias etapas se van formando moléculas más
complejas. Para el estudio de la trayectoria de las reacciones químicas en la fotosíntesis se
nutre a la planta con dióxido de carbono (CO2) que contiene carbono-14. Datación: Las
mediciones de la radiactividad se usan para determinar la edad de los minerales y de restos
fósiles (datación). Por ejemplo, la existencia de núclidos radiactivos naturales sobre la
superficie de la Tierra sugiere que sus vidas medias son comparables con las edades de los
minerales en los cuales se encuentran, y estos proporcionan una estimación de la edad de la
Tierra.
TEMA 3.
1. Definición y características de los radicales libres
Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón (e-) desapareado
en capacidad de aparearse, por lo que son muy reactivos; estos radicales recorren nuestro
organismo intentando robar un electrón de las moléculas estables, con el fin de alcanzar su
estabilidad electroquímica. Una vez que el radical libre ha conseguido robar el electrón que
necesita para aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su
vez en un radical libre, por quedar con un electrón desapareado, iniciándose así una verdadera
reacción en cadena que destruye nuestras células.
La vida biológica media del radical libre es de microsegundos; pero tiene la capacidad de
reaccionar con todo lo que esté a su alrededor provocando un gran daño a las moléculas y a
las membranas celulares.
Los radicales libres no son intrínsecamente malos; de hecho, nuestro propio cuerpo los fabrica
en cantidades moderadas para luchar contra bacterias y virus.
2. Métodos para obtener radicales libres de carbono
Las reacciones que afectan a los radicales libres se dividen normalmente en tres categorías:
iniciación, propagación y terminación.
-Reacciones de iniciación Son las reacciones que producen un aumento en el número de
radicales libres. Pueden afectar a la formación de radicales libres a partir de especies estables
como en la reacción 1 o pueden producir reacciones de radicales libres con especies estables
para formar más radicales libres.
-Reacciones de propagación Son reacciones en las que el número de radicales libres total es el
mismo que el de partida.
-Reacciones de terminación Son las reacciones en las que se produce una disminución neta
del número de radicales libres. Típicamente dos radicales libres se combinan para formar una
especie química más estable
3. Estabilidad de los radicales libres. Factores que influyen en la estabilidad.
Para conseguir la estabilidad modifican a moléculas de su alrededor provocando la aparición
de nuevos radicales, por lo que se crea una reacción en cadena que dañará a muchas células
y puede ser indefinida si los antioxidantes no intervienen.
Los radicales libres son muy inestables y reaccionan rápidamente con otros compuestos,
intentando capturar el electrón necesario para ganar estabilidad.
En general, los radicales libres atacan la molécula estable más cercana y le “roban” su
electrón. Cuando la molécula ataca pierde su electrón y se convierte en un radical libre
comenzando una reacción en cadena.
4. Posibles usos. Reacciones adversas de los radicales libres
Los radicales se producen en la respiración con la presencia de oxígeno que aunque es
imprescindible para la vida celular de nuestro organismo, también induce la formación de éstas
moléculas reactivas, que provocan a lo largo de la vida efectos negativos para la salud debido
a su capacidad de alterar el ADN (los genes), las proteínas y los lípidos o grasas ("oxidación").
En nuestro cuerpo existen células que se renuevan continuamente como las células de la piel,
del intestino, y el hígado, y otras sin capacidad de renovación como las neuronas. En el
transcurso de los años, los radicales libres pueden producir una alteración genética sobre las
células que se dividen continuamente contribuyendo a aumentar el riesgo de cáncer por
mutaciones genéticas o bien, disminuyen la funcionalidad de las células que no se dividen
tanto, disminuyendo el número de mitocondrias, que es característico del envejecimiento.
CAUSAS
Existen diversas causas para la producción de radicales libres. En algunos casos intervienen
factores internos, y en otros casos, factores externos.
FACTORES EXÒGENOS:
Se pueden sintetizar en el laboratorio. Pueden ser producto de la contaminación atmosférica, el
humo del cigarrillo que contiene hidrocarburos aromáticos polinucleares, así como aldehídos que
producen distintos tipos de radicales libres en nuestro organismo.
FACTORES ENDÒGENOS:
El mismo cuerpo humano fabrica los radicales libres por el contacto con el oxígeno(respiración).
También se producen radicales libres por la acción de las enzimas oxidantes y las células
fagocitarias.
ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO
BIBLIOGRAFÍA:
GOOGLE:
http://autorneto.com/referencia/ciencia/iones-cationes-y-aniones/,2011-07-18
http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_radicalaria; 2011-07-18,
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http://es.wikipedia.org/wiki/Carbani%C3%B3n,2011-07-18
LIBROS:
L.G. WADE, JR. Quimica Orgánica. Quinta edición capitulo 4