Ordenación de los elementos químicos
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BLOQUE Q−ii TEMA Q−7 ORDENACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS q−7.1.− Introducción: − Descubrimiento de los − Es una sustancia que no cambia en las elementos químicos reacciones químicas. No varían el nº protones. • Antigüedad: Metales y no metales. • Boyle " 20 elementos (1.650) • Lavoisier " 30 elementos (1.790) • Döberreiner " 50 elementos (1.827) • Mendeleiev " 69 elementos (1.869) • Actualidad " 110 elementos (2.000) − Clasificación: − Metales − no metales − Tríadas de Döberreiner (1.827) − Cilindro de Chancourtais (1.862) − Ley de las Octavas Newlands (1.864) − Meyer−Mendeleiew (1.869): Masa atómica Valencia (proporc. Química) − Tabla actual − Werner − Pareth − Bohr − Moseley q−7.2.− Representaciónde los elementos en la tabla periódica: ( − ) 10−31 Kg. ( + ) " (n) " 10−28 Kg. − Q−7.3.− Criterio de ordenación: − 1er Criterio : − Orden creciente de nº atómico Z! • Propuesto por Bohr (1922) • Te .. I ; Ar .. K ; Ni .. Co • Ley de Moseley (1912) • = k (z − a)2 • A mayor nº de (p+), más será la frecuencia de los rayos x − 2º Criterio: Tiene que tener en la misma columna la misma configuración eléctrica. Las propiedades Físicas y Químicas depende de los e− de la última capa 1 Q−7.4− Propiedades perodicas : − Descripción: Propiedades periódicas son aquellas que se repiten cada cierto nº de elementos. sdp f ff − Principales − Volumen atómico; Vol.= masa/densidad propiedades 25º − Radio atómico − Energía de ionización M(g)−−− M(g)+ + e− Ión positivo − Afinidad electrónica M(g)−−− M(g)− + desprende Energía Ión negativo − Electro−negatividad: Propiedad para atraer los e− Pauling; Fe(0,7); F(4.0) − Caracter metálico − Contracción lantánida: Es un efecto que implica que los elementos de la 3ª serie de transición tengan un radio más pequeño de lo que cabía esperar, debido a que al encontrarse detrás de los lantánidos, los e− se han metido en orbitales f , muy internos por lo que su r no aumenta, sino que disminuye al aumentar las cargas nucleares. Be ... B Mg ... Al 2s2 ... 2s2.2p1 p3 ... p4 N ... O 1 1 1 Más difícil por la estabilidad P ... S 1 1 1 Q−7.5.− Alcalinos : 2 Li ... 2s1 − Metales 3 Na ... 3s1 z −Son muy reactivos 4 K ... 4s1 − No se encuentran como metales 5 Rb ... 5s1 − Son muy electropositivos 6 Cs ... 6s1 Mayor 7 Fr ... 7s1 Tf , Te Halogenos : F F − F − No metales Cl Cl − Cl − Potencia Ionización ...grande Br Br − Br − Afinidad Eléctrica ... grande 2 I I − I − n.s2.p6 ... Electronegativos At (Red) TEMA Q−8 ENLACE QUÍMICO q−8.1.− Generalidades : − Unión de átomos: − Lo que mantiene unidos a los átomos, las fuerzas, las energías. − Por interacciones eléctricas; A través de los e− externos. Energía de enlace No enlace Ej.: Gases nobles Distancia entre núcleos Ej.: Cl − Cl M Enlace − Kassell y Lewis: Hipótesis; Configuración de Gas Noble... n.s2.p6 muy estable (1916) • Comparten e− • Transfieren e− ... ganan ó pierden − Valencia: Capacidad del átomo para combinarse con otro. El nº de e− que un átomo es capaz de compartir, ganar ó perder. − Notación de Lewis: Símbolo Electrones F O Elemento − Electronegatividad: Tendencia para atraer los e− de enlace A mayor electronegatividad ... ganan A menor electronegatividad ... pierden − T ipos: 1 Iónico q−8.2.− Enlace Iónico: − Definición: − Se produce entre dos elementos de muy distinta 3 electronegatividad. − No metal y metal − Kossel: Na − Cl Na(+) − Cl(−) 3s1 3s2p5 3s1 3s2p6 Iónes Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) Na(+) Cl(−) − Regla de Lavé 1) − Mínima energía 2) − Máxima ocupación del espacio 3) − Máxima simetría E Energía Reticular 0 distancia Los iones negativos y positivos infinitamente(bastante) separados, se van uniendo para formar la nueva sustancia, desprenden una energía llamada reticular. − Propiedades: − Solubles en disolventes polares (+) (−) − Tf, Te − No conducen en sólido − Duras − frágiles q−8.3.− Enlace Covalente: − Se produce entre elementos de parecida y alta electronegatividad − No metal − No metal; No metal − Metal − Lewis .− Comparten e− − Apolares. Iguales F−FFF 2s2p5 2s2p6 O−OOOO=O 4 2s2p4 F−HFHFH 2s2p5 1s1 Covalente polar − C ovalentes: − Moléculas − Apolares (iguales) − Polares (distintas) − Coordinado ó dativo − Sólidos covalentes − Mismo tipo de elemento − Distinto tipo de elemento h h N h C C C sólido H C C C Red ó Cristal C C C Covalentes Reglas de Lavé si o si O o si O si si o si O o si O si q−8.4.− Enlace Metálico: − Definición: − Parecida y baja electronegatividad − Metal − Metal − Propuesto por Deude y Lorentz: Compartición de e− generalizada −−− Mar de e− Pocos e− en la última capa Na Na+(−) Na+(−) Na+(−) Na+(−) Red ó crital 3s1 Na+(−) Na+(−) Na+(−) Na+(−) Sólido metálico Na+(−) Na+(−) Na+(−) Na+(−) Energía de enlace metálico − Aleaciones: − Red metálica formada por más de un elemento Na+ ca+2 Na+ ca+2 ca+2 Na+ ca+2 Na+ 5 Na+ ca+2 Na+ ca+2 − Propiedades: − Tf, Te − Conducen la electricidad y el calor − Brillo metálico − No son frágiles − Son dúctiles y maleables q−8.5.− Fuerzas: − Puentes o enlace de H: −X −−−−− H+ intermoleculares X = F, O, N, ... −X −−−−− H+ −X −−−−− H+ − Electroestática. − Enlace covalente o dativo. − Fuerzas intermoleculares : − Dipolo − Dipolo Van de Waals H+ − I− − Dipolo − Dipoloinducido − Dipoloinducido − Dipoloinducido Fuerzas de correlación Polarizabilidad Más polarizable Menos polarizable − Sólidos moleculares: − Tf , Te − Blandos − Se pueden laminar − Conducen la electricidad poco ó nada − Polares Semejante disuelve a semejante − Apolares 6 TEMA Q−9 Formulación y nomenclatura en química orgánica q−9.1.− Aspectos: − Símbolos: − Alquimia Generales − Berzelius : 1 ó 2 letras, mayúsculas, minúsculas − Etimología − Formulación: Lenguaje de la Química: − Símbolos − Proporción relativa de los elementos en los compuestos − Valencia: − Capacidad de combinación de un elemento − Nº de veces que un elemento se combina con Hidrogeno Ej.: H − F, H2 O − Estado de: − Es la carga que debería tener un elemento en un compuesto oxidación suponiendo que el más electronegativo se queda con todos los e− de enlace. Ej.: F − H; Ej.: F−1 H+1 − Para todos los elementos simples −−− Estado oxidación Nº Clº − Para las moléculas formadas por átomos iguales Cl − Cl O = O N − N Estado de oxidación = 0 − Resto al formar compuestos − Prefijos: − Normales Especiales 1.− mono 7.− hepta − heptaquis 2.− di 8.− Octo bis octoquis 3.− tri 9.− nona tris nonaquis 4.− tetra 10.− deca tetraquis decoquis 5.− penta pentaquis 6.− hexa hexaquis − Tipos de Nomenclatura: − Tradicional 7 − Sistemática − Stock − Formulas: − Xn Yn Símbolos − Menos electrones; Más electrones q−9.2.− Compuestos monarios: − Formados por un solo tipo de elementos −FG: Formula general . Xn − Nombrar Tradicional Sistemática h2 Hidrógeno Dihidrógeno O2 Oxígeno Dioxígeno O3 Ozono Trioxígeno P4 Fosforo−blanco Tetrafosforo na sodio sodio Fe Hierro Hierro Ne Neon Neon q−9.3.− Compuestos binarios: − Formados por un elemento y oxígeno − F. G. X2 On q−9.3.1.− Oxidos: − formula Stock Sistemática C2 O4 = CO2 Oxido de carbono(IV) Dióxido de carbono Fe2 O3 Oxido de hierro(III) Trióxido de dihierro Li2 O Oxido de Litio(I) Oxido de dilitio Al2 O3 Oxido de Aluminio(III) Trióxido de dialuminio q−9.3.2.− Peróxidos: − F. G. X2 (O2)n − Nombrar Stock q−9.3.3.− Hidruros: − Formados por un elemento e Hidrógeno − F. G. 8 q−9.3.4.− Sales binarias: − Compuestos formados por 2 elementos de la tabla − F. G. Xn Yn − formula Stock Sistemática NaCl Cloruro de Sodio(I) Cloruro de Sodio q−9.4.− Compuestos ternarios: q−9.4.1.− Hidróxidos: − Formados por un elemento X y otro (OH) − F. general X(Oh)n q−9.4.2.− Ácidos Oxacidos: − Formados por un elemento X, Oxígeno, Hidrógeno − F. general haXbOc − Formula Sistemática H2 SO4−2 Tetraoxosulfato(VI) de hidrógeno H2 CO3 Trioxocarbonato(IV) de hidrógeno q−9.4.3.− Sales ternarias: − Compuesto formado por un elemento X, Oxígeno, Y − F. general Ya (XbOc) n − Formula Sistemática Na2 SO4 Tetraoxosulfato(VII) de sodio Au2 (SO3)3 Tris [trioxosulfato(V) de oro q−9.5.− Iones: Formula general : Xn+ Fe3+ Fe+2 q−9.5.1.− Cationes monoatómicos y: − F. general xnH+NH 4+ Ion amonio Poliátomicos PH 4+ Ion fosfonio AsH 4+ Ion arsonio SbH 4+ Ion estibonio − F. general xaObn+ SO2+2 Ion dioxoazufre(VI) q−9.5.2.− Aniones: − Formula general : Xn− Br − Ion bromuro Te− Ion teluro − F. general ( Ha xb Oc ) 9 CO3−2 Ion trioxocarbonato(IV) HCO3− Ion hidrógeno−trioxocarbonato(IV) BLOQUE Q−iiI TEMA Q−10 Calculos cuanticos en las reaciones químicas q−10.1.− Escala relativa: − 1 u.m.a. = masa C612 / 12 de pesos atómicos − Los pesos de las demás sustancias se refieren a la u.m.a q−10.2.− Pesos atómicos promedio: − Isótopos − Abundancia natural q−10.3.− Pesos moleculares: − Masa total de una molécula − Se calcula sumando los pesos atómicos q−10.4.− Determinación exp. : −Espectrometría de masas de pesos moleculares y − Ley de Dulong − Petit ( Pa x Ce " 6,3) atómicos − Leyes de los gases ( Pr = m / Pm . RT) − Densidades relativas ( Ley de Avogrado) − Propiedades coligativas de las disoluciones − Efusión y difusión − Cromatografía − Electrolisis − Método de Cannizaro − Equivalentes químicas − Análisis espectroscópico q−10.5.− Átomo−gramo: − Átomo−gramo: Cantidad de sustancia que contiene el peso atómico Molécula−gramo del elemento expresado en gramo. H = 1,0079 (U.M.A.); 1,0079 gr − Molécula−gramo: Cantidad de sustancia que contiene el peso molecular en gramos. H2O = 18 (U.M.A.); 18 gr 10 q−10.6.− Mol y Nº Avogadro: − Cantidad de materia que contiene el Nº de Avog. de partículas Nº Avogadro = 6,023 . 1023 − Cantidad de materia que contiene: 1átomo .− gramos 1 molécula .− gramos − C. de materia que contiene tantas partículas en 12 gr de C612+ 1 mol = 6,023 . 1023 partículas ; Pa−g = (átomo−gramo) Pm−g = (molécula−gramo) − Determinación experimental − Electrolisis de Nº Avogadro − Rayos X − Movimiento browniano − Radiactividad − Cte. de Boltzman K=R/NA − Índice de refracción q−10.7.− Fórmula empírica: − % de cada elemento químico en una sustancia determinada − Experimentalmente se calcula por análisis elemental 16 gr de O Ej.: H2 O ... Pm−g = 18 gr 2 gr de H 18 gr H2O 100 % 16 gr O ....... x x = 88,88 % O 2 gr H ....... x x = 11,11 % H − Método % átomo−gramo 88,88 % ... 1at−g = 88,88/16 (Pa−g) =5,5 11,11 % ... 1at−g = 11,11/1 (Pa−g) q−10.8.− Fórmula molecular: − El nº exacto de átomos de cada elemento en un compuesto Ej.: H2O2 H−O−O−H (HO)n .... proporción − Pm−g form. molecular = Pm−g form. empírica × n (nº entero) Ej.: O: 16.2 = 32gr 34gr = (17 gr) . 2 11 H = 1.2 = 2gr H2 SO2 % H = 1.2 = 2 66 gr = 100 % S = 1.32 = 32 Pm−g = 66 gr 32 gr = x O = 2.16 = 32 32 gr = y Átomo−gramo Formula empírica H = 3 % 3/1 = 3 : 1,51 = 2 H2 SO2 S = 48,5 % 48,5/32 = 1,51/1,51 = 1 Pm−g formula molecular O = 48,5 % 48,5/16 = 3,02/1,51 = 2 66 gr = 66 gr × (n = 1) Pm−g = 100 gr % Átomo−gramo Formula empírica Ca : 40 % 40/40 = 1:1 =1 (CaCO3)n CaCO3 O : 48 % 48/18 = 3:1 = 3 Pm−g form. Mol. = Pm−g form. empírica × n C : 12 % 12/12 = 1:1 = 1 100 gr = 100 × (n = 1) TEMA Q−11 DISOLUCIONES q−11.1.− Definición y: − Definición: − Mezcla homogénea de 2 ó más componentes − Composición variable − Componentes: − Mayoritario .... Disolvente − Minoritario .... Soluto − Calor de disolución: − Cantidad de calor que se produce ó absorbe cuando una sustancia se disuelve en otra. Absorbe calor .... (K NO3 en agua) Desprende .... (H2 SO4 en agua) q−11.2.− Clasificación: 1) Estado de agregación de los componentes: Disolvente Soluto 12 2) Proporción ó concentración relativa: − Diluida: Poco soluto en relación a la cantidad de disolvente − Concentrada: Mucho soluto en relación a la cantidad de disolvente. 3) Solubilidad.− Cantidad máxima de soluto que se puede disolver en una cantidad de disolvente. − No saturada: Se puede seguir disolviendo soluto − Saturada: No se puede disolver más soluto − Sobresaturada: Tiene disuelto más soluto que el limite de solubilidad ( Inestable) q−11.3− Expresión de : − Cantidad de soluto en cantidad de disolución la concentración de las disoluciones 1) % en peso .... gr de soluto / 100 gr de disolución Ej.: 3% en peso: Agua/sal; = 3 gr de sal en 100 gr de disolución • % en volumen .... ml de soluto /100 ml de disolución Ej.: 5% en vol.: Agua/H2SO4; 5 ml H2SO4 en 100 ml disolución 3) Volumen Volumen Ej.: 1 (HCl) : 3 (H2O) 750 ml H2O soluto disolvente 1000ml 250 ml HCl 4) gr/l ; gr soluto / litro disolución Ej.: 3 gr/l ... 3 gr de soluto en 1l de disolución 5) Partes por millón (ppm); gr soluto (mg soluto)/millón de gr de disolución (Kg de disolución) Ej.: 20 ppm de CO ... 20 mg de CO por 1Kg de aire Continuación: q−11.3 6) Molaridad = nº moles de soluto/litro disolución = ns / l Ej.: 5 moles; 5 moles de soluto en 1l de disolución 7) Molalidad = nº moles soluto / Kg de disolvente Ej.: 5 moles; 5 moles de soluto en 1 Kg de disolvente 8) Fracción molar X − Soluto Xs Xs = nº mol de soluto (ns) / nº mol totales (nt) 13 Xs = ns / ns+ nd −Disolvente Xd Xd = nº mol disolvente (nd)/ nº mol totales (nt) Xd = nd / ns+ nd Xs + Xd = 1; ns/ns+nd + nd/ns+nd = 1 9) Gases: − P.V = n.R.T nº moles = masa (gr) / Pa−gr Pm−gr − Presiones parciales de Dalton; PT = PA + PB + PC PA = nA / nT . PT; la composición en volumen es igual a la composición en moles. PA = XA . PT; PA = % volumen A/100 × PT PB = XB . PT; PB = % volumen B/100 × PT PC = XC . PT; PC = % volumen C/100 × PT q−11.4− Solubilidad: − Definición: Concentración máxima de soluto en una disolución − Clasificación: − No saturada − Saturada − Sobresaturada − Factores que afectan − Naturaleza del soluto y del disolvente a la solubilidad − Temperatura; > Temperatura > solubilidad − Superficie contacto; > Superficie > Solubilidad − La presencia de otras sustancias: − Efecto del ión común − Efecto salino • Reacciones químicas q−11.5− Preparación de : − Diluir: Disminuir la concentración de soluto disoluciones − Concentrar: Aumentar la concentración de soluto gr de soluto concentrado = gr de soluto diluido 14 50 gr/l 5 gr/l Moles soluto − antes = Moles de soluto − después Moles de soluto = gr de soluto Molaridad = nº moles soluto / volumen disolución V . M = V' . M' Nº moles = Molaridad . Volumen Ej.: 250 ml de disolución 2 M de H2 SO4 1º.− Calcular la cantidad de soluto 2º.− Añadir el disolvente necesario 2 moles .... 1000 ml x ..... 250 ml x = 250.2/1000 = 0,5 moles 1 mol de H2 SO4 .... 98 gr; x = 98 . 0,5 = 49 gr x = 49 gr TEMA Q−12 Cálculos cauanticos en las reacciones químicas q−12.1.− Descripción de : − Cambios en : − Químicos: Cambia la naturaleza de la sustancia una reacción química la naturaleza Rompen y forman enlaces químicos − Físicos: No cambia la naturaleza de la sustancia No rompen y forman enlaces químicos − Reacción 1) Reactivos .... Productos química 2) Reactivos y productos tienen propiedades diferentes 3) La masa se conserva. Lavoisier(Ley conservación masa) 4) − Absorbe energía −−−− Endotermia − Desprende energía −−−− Exotermia 5) Velocidad − Naturaleza de los reactivos − Grado de división (facilidad de mezclarse) − La temperatura T V 15 − Catalizadores (sustancias que aceleran la reacción) − Inhibidores (sustancias que retardan la reacción) − Concentración Conc. V − Teoría de 1) Choques entre reactivos ; Debilitan enlaces químicos colisiones 2) Choque eficaz − Choque con energía o velocidad suficiente. − Orientación adecuada − Se forman y rompen los enlaces adecuados Estado de transición.− Es el punto característico de una reacción química en el que se está produciendo el paso de reactivo a productos. Energía de reacción = Energía que se consume Energía que se desprende al romper los enlaces al formarse los enlaces q−12. 2.− Ajuste de : − La masa se conserva en las reacciones químicas reacciones químicas − El número y el tipo de átomos de las reacciones químicas se conserva Las reacciones químicas tienen que estar ajustadas. − Ajustar una reacción −−− Poner los coeficientes estequiométricos aa + bb −−−−−− cc + dd los coeficientes estequiométricos, multiplican el nº de moléculas del compuesto que anteceden. 16 − Ajuste de ecuaciones por tanteo Ej.: H2 + O2 −−−− H2 O N2 + H2 −−−−− N H3 2 H2 + O2 −−−− 2 H2 O N2 + 3 H2 −−−− 2 N H3 − Forma correcta y completa de escribir las reacciones químicas 1) Reactivos −−− productos: No pueden aparecer a ambos lados la misma sustancia. 2) Se debe indicar el estado de agregación de cada sustancia (s) −−− sólidos; (l) −−− líquidos; (g) −−− gas; (ac) −−− disueltos en agua • Presión y temperatura. • Si se emplean catalizadores • Energía de la reacción (la cantidad de calor que la reacción absorbe o desprende). • Ajustadas q−12.3.− Interpretación de : − Relaciones de masa aa + bb −−−−−− cc + dd las reacciones químicas.− Estequiometría a, b, c, d .− moléculas a . NA ; b . NA ; c . NA; d . NA a moles, b moles, c moles, d moles a mol−gr, b mol−gr, c mol−gr, d mol−gr a Pm−gr, b Pm−gr, c Pm−gr, d Pm−gr a . l, b. l, c . l, d . l − Volumen: 1 mol 273 K 0ºC ocupan 22,4 l. 1 atm. En las mismas condiciones de P y T la relación entre los volúmenes de los gases es la misma que entre los moles Na (g) + 3 H2 (g) 2 N H3 (g) 1 mol 3 moles 2 moles 6,023.1023 3 × 6,023.1023 2 × 6,023.1023 17 22,4 l 3 × 22,4 l 2 × 22,4 l 1 × 28 gr 3 × 2 gr 2 × 17 gr 1l3l2l q−12.4.− Rendimiento : Rto = Cantidad real obtenida / Cantidad teórica o máxima × 100 q−12.5.− Reactivo limitante : Reactivo limitante −−− Se acaba y reactivo en exceso Reactivo en exceso −−− Sobra q−12.6.− Fuerza de los reactivos: − Puros 100 % es de los reactivos − Impuros Reactivo Impureza − % pureza = masa del reactivo puro/ masa total de la muestra × 100 TEMA Q−13 termoquímica Energía de las reacciones químicas q−13.0.− Introducción : − Definición: − Sistema termodinámico.− Es aquella parte del universo que de forma real ó ficticia se aísla del resto para ser Física estudiada Termodinámica − Tipos de: − Abierto: Intercambia materia y energía −−pared sistema Química − Cerrado: Intercambia energía pero no materia −− pared y Termoquímica − Aislado: Ni materia, ni energía − pared −Descripción: − Estado: Descripción de un sistema en un instante de un sistema − Proceso: Evolución de un estado a otro − Variables o funciones de estado: Aquellos parámetros que describen un sistema. Solo dependen del estado del sistema ( P,T,V, energía térmica). − Funciones de estado 18 No dependen del camino seguido, sino de su valor Equilibrio Equilibrio Térmico, Mecánico, Químico Térm., Mecán., Quím. Sistema Q, W Variables Proceso Variables estado (1) Variable de estado de estado (2) − Variables de no estado: Ej.: Calor y trabajo Calor: Forma de transmitir energía Energía térmica en tránsito QQ Q>0 Q<0 Endotérmica Exotérmica Trabajo: Energía en transito que pasa de un cuerpo a otro, que implica un cambio de volumen o presión. T = W = F . S = P. V = P ( Vf − Vi) F P = F / S; F = P . S W<0 Q>0 Q<0 W>0 − 1er Principio de termodinámica: La energía no se crea ni se destruye solo se transforma. U = Q (−W) U = Q − PV W = F. S = P. V P = cte. Gas ideal U = Qp − P. V P.V = n.R.T QV = Qp − P. V P. V = n.R.T Qp = Qv − P. V Ap = Av + n.R.T q−13.1.− Calor de reacción : − Tipos de reacciones: − Exotérmicas.− Desprenden calor Q< 0 19 − Endotérmicas.− Absorben calor Q > 0 − Casos particulares: − Calor de reacción a volumen constante U = Qv − P. V= 0 U = Qv Q − Calor de reacción a presión constante U = Qp − P. V U2 − U1 = Qp − P ( V2 − V1) Qp = U2 − U1 + P ( V2 − V1) Qp = U2 − U1 + P. V2 − P.V1 Qp = U2 + P .V2 − U1 − P.V10 H = U + P.V Qp = H Entalpia q−13.2.− Entalpía de una: − H = Qp − Exotérmicas.− Desprenden calor H < 0 reacción química − Endotérmicas.− Absorben calor H > 0 − Condiciones estándar 298 K (25ºC) Hº = Con. Estándar 1 atm. − Entalpía de reacción Hr ; calor absorbido o desprendido por una reacción química a Presión y Temperatura Cte. − Las reacciones químicas se pueden : ×, ÷, invertir − Entalpía de formación. Es la entalpía de una reacción química en la que se forma un mol de un compuesto químico a partir de sus elementos en su forma más estable en las condiciones de reacción. C (s) + O2 (g) = C O2(g) Hºg = −393 Kj H2 (g) + ½ O2 (g) = H O2(g) Hºg = −286 Kj O2 (g) = O2 (g) Hºg = 0 La entalpía de formación de cualquier elemento en su forma más 20 estable es 0. q−13.3.− Ley de Hess: − Combinación algebraica de reaccionas químicas, dado que la entalpía es una función de estado, esto permite operar con las ecuaciones químicas como con las ecuaciones algebraicas matemáticas, es decir, que podemos combinar las ecuaciones químicas de la misma forma que en matemáticas. Esta ley nos permite obtener los valores de entalpía de reacciones desconocidas o de aquellas que no se pueden realizar en un laboratorio. Reactivos H1 H = H2 − H1 = Qp Productos H2 C (s) + 2H2 (g) = C H4(g) Hºg = −75 Kj a) C (s) + O2 (g) = C O2(g) Hºg = −393 Kj b) H2 (g) + ½ O2 (g) = H O2(g) Hºg = −286 Kj c) C H4(g) + 2 O2 (g) = CO2 + H O2(g) Hºg = −890 Kj C + O2 = C O2 Hºg = −393 Kj 2H2 + O2 = 2 H O2 Hºg = −286 Kj C O2 + 2H2 O = C H4 + 2 O2 Hºg = 890 Kj HR = Hj productos − Hj reactivos q−13.4.− Entalpía y: − Energía de enlace: Energía necesaria para romper 1 mol de enlace Energía de enlace químicos (igual, pero con signo contrario de cuando se forman). A2 −−− 2 A He Ej.: H2 −−− 2 H + H = 435 Kj − HR = Energ. de enlaces rotos − Energ. de enlaces formados Ej.: H2 (g) + Cl2 (g) = 2 HCl (g) He H − H = 435 Kj H−H Cl−Cl H−Cl He Cl − Cl = 242 Kj H−Cl He H − Cl = 431 Kj HRº = 435 Kj + 242 Kj − 2 . 431 Kj HRº = − 185 Kj q−13.5.− Entropía: − Función de estado (S); Grado de ordenación de un sistema. Grado de confinamiento de las partículas de un sistema, es una relación entre el nº de 21 microestados de un sistema que se corresponde con un mismo estado macroscópico. Microestado es cada forma de colocar las partículas de un sistema Cte. Boltzman K = R / NA S = K. Ln . W= 1 Gas > Liquido > Sólido Entropía T = 300 K T = 300 K Q = − 600 J 4 L 1,1 L Q = 600 J Estado (1) Estado (2) S " 600 J / 300K = 2 J/K S " − 600 J / 300K = − 2 J/K − Matematicamente: S (S2 −S1) > Q / T = J / K Se considero entropía S = 0; para las sustancias puras a 0K (1er Principio de .Termodinámica) − S = Qreversible S > Qirreversible − 2º principio de la termodinámica = 0 reversible S " Q / T −−− aislado S " 0 / T S " 0 > 0 Irreversible S ( universo) " 0; En todo proceso en un sistema aislado la entropía aumenta. En todo sistema aislado siempre que se produce un proceso se produce con un aumento de Entropía. − Entropía de una reacción química: Ej.: Ca CO3 (s) Ca O (s) + CO2 (g) Más orden Menos orden 22 SR = s Productos − s reactivos SR > 0 q−13.6.− Energía libre: − Función de estado ( G ) de Gibbs − Se emplea en procesos a Temp.. y presión cte. − Procesos espontáneos: son los que se producen sin ser forzados Mínima energía QP = H < 0 exotérmico G = H − T.S; G = H − T S Máximo desorden S > 0 Aumento del desorden S = Qrever / T ; Qrever = S.T − La energía libre de formación de cualquier compuesto es la que absorbe o desprende, cuando se forma 1 mol de compuesto a partir de sus elementos y de su estado más estable en las condiciones de reacción; la energía libre de formación de cualquier elemento en su forma más estable es 0. q−13.7.− Combustión: − Se combinan las sustancias con el oxigeno C H4 (g) + 2 O2 (g) C O2 (g) + H2 O (g) Combustible Comburente Fe (s) + ½ O (g) Fe O (s) La entalpía de combustión es aquella que se libera o absorbe cuando se quema 1 mol de sustancia. − Hcomb se mide en bombas calorimétricas. − Combustión de sustancias fósiles Hidrocarburos + O2 C O2 (g) + H2 O(g) ClH Hº ombustión; S > 0 − Combustión de alimentos. C6 H12 O6 + 6 O2 6 C O2 + 6 H2 O BLOQUE Q−iV 23 TEMA Q−14 GENERALIDADES de la química orgánica q−14.1.− Introducción y : − Química: Orgánica.− Química de la vida ( fuerza vital) reseña histórica Siglo XIX Inorgánica.− Química de la materia inerte − Whöler, Kolbe, Berthelat : Síntesis de la urea, etanol, ácido acético − Van´thoff y Le Bel: Tetravalencia del carbono Geometría de los enlaces − Kelvie: Explicación de los componentes aromáticos − Los enlaces son fundamentalmente covalentes − Actualmente: Quím. orgánica = Quím. de los compuestos carbono q−14.2.− Importancia de los : − Combustibles ( petróleo, carbón, gas natural) compuestos del carbono − Investigación: 7 millones de compuestos Propiedades Reacciones Estructura − Medicina y la farmacia − Bioquímica: Plásticos y textiles − Detergentes − Alimentación: Perfumería y cosmética q−14.3.− Átomo de Carbono: C612, C613, C614 (+) 6; (n) 6−8; (−) 6, −−− 1s2. 2s2. 2p2 98,9% 1,1% trazas Electronegatividad media Enlace covalente: O Compartir electrones, 4 pares O C O de electrones OC − Tipos de enlace: Geometría: − 4 enlaces simples C C 24 − 1 enlace doble y 2 simples C = A − 2 dobles A = C = A − 1 triple y 1 simple A − C = A − Compuestos aromáticos H 1,5 C 1 h−CC−H h−CC−H C H q−14.4.− Tipos de enlace de: Átomo Conf. Electo. Capa completa Tipos de enlace los heteroátomos (Cualquier átomo que no sea C o H ) − Hidrógeno 1s1 1s1 1 simple H − − Halógenos n s2 p5 = 7e− n s2 p6 = 8e− 1 simple Cl − − Anfigenos n s2 p4 = 6e− n s2 p6 = 8e− 2 simple −O− 1 doble O = − N, P n s2 p3 = 5e− n s2 p6 = 8e− 3 simple N − 1 doble+1 simple −N= 1 triple N = − C, Si n s2 p2 = 4e− n s2 p6 = 8e− 4 enlaces simples − Bóro n s2 p1 B 3 enlaces simples q−14.5.− Principales carac− − Hay muchos tipos de compuestos orgánicos ( 7 millones) terísticas de los compuestos orgánicos. − Química de los seres vivos C,H,O,N,P,S − Enlaces: Intramoleculares − Covalentes Intermoleculares − Puentes de H − Van der Vaals 25 − La mayoría de los compuestos orgánicos se disuelven en disolventes orgánicos y no en agua. − Suelen arder. − Sus reacciones suelen ser lentas − Se suelen producir reacciones laterales ( muchas reacciones simultáneamente). − Las encimas catalizan las reacciones. TEMA Q−15 Formulación y nomenclatura en química orgánica q−15.1.− Clasificación: − Hidrocarburos: Alcanos : − Lineales CH3−CH2−CH2− CH3 de los compuestos Compuestos que Enlaces Butano C−C−C−C orgánicos solo tienen C, H simples − Cíclicos CH2 − CH2 CH2 − CH2 HH − Ciclo butano C CC C HH CH3 CH3 − Ramificado CH3 − CH − C − CH3 CH3 Alquenos: − Lineales Enlaces CH2 =CH2=CH2=CH−CH=CH2 dobles − Cíclicos CH − CH2 Ciclo butano CH − CH2 CH3 CH3 − Ramificado CH3 − CH − C − CH3 26 CH3 Alquinos: − Lineales CH = CH Enlaces triples − Cíclicos C − C CH2 − CH2 − Ramificado Aromáticos: − Monociclicos 1 solo Benceno − Políciclicos: Enlazados Condensados − Compuestos CH3 − CH2 − C F3 C = C halogenados H por F,Cl,Br,I Cl CHCl3 H − C − Cl Cl −Compuestos − Alcoholes: − O − H Ej.: CH3 − CH2 − OH Etanol con Oxigeno − Éteres: − O − Ej.: CH3−CH2 − O − CH2−CH3 − Aldehidos: − C Ej.: CH3−CHO CH3 − C OO − Cetonas: − C − Ej.: CH3 − C − CH3 Acetona propanona − Ácidos carboxilos: − C Ej.: CH3 − COOH CH3 − C − Esteres: − C Ej.: CH3 − C − Haluros de ácidos: − C Ej.: CH3 − C X = F,Cl,Br,I ooO 27 − Anhídridos de ácidos − C − O − C Ej.: CH3 − C CH3 − C − Compuestos con: − Aminas: − N Ej.: CH3 − N − CH3 nitrógeno CH3 − Amidas: − C Ej.: CH3 − C − Nitrilos: − C = N Ej.: CH3 − C = N − Otros − Azufre − Nitrocompuestos: − NO2 Ej.: CH3 − NO2 − Selenio Compuestos polifuncionales.− Varios grupos − Teluro funcionales en un mismo compuesto q−15.2.− Reglas para nombrar: − Reglas generales: 1) Elegir la cadena principal los compuestos orgánicos 2) Numerar la cadena principal 3) Nombrar las cadenas laterales 4) Nombrar la cadena principal − Reglas para elegir 1) La que tenga el mayor nº de grupos la cadena principal funcionales principales. 2) La que tenga mayor nº de dobles y OH triples enlaces. CH3 CH2 3) La que tenga mayor nº de átomos de CH2 − C − CH 2− C − CH2 −COOH Prioridad Carbono. CH2 1.− Ac. Carboxílicos 4) Mayor nº de dobles enlaces. CH3 − CH2 − C 2.− Anhídridos 5) La que tenga mayor nº de cadenas. CH2 3.− Esteres laterales. 4.− Haluros 6) La que el nº más bajo a las cadenas 5.− Amidas laterales 6.− Cianuros 7) Mayor nº de átomos de carbono en las 7.− Aldehídos cadenas laterales más pequeñas. 8.− Cetonas 8) La que sus cadenas laterales sean lo 9.− Alcoholes menos ramificadas posibles 28 10.− Aminas 11.− Éteres − Reglas para numerar: 1) La que le dé el nº más bajo a los la cadena principal grupos funciones principales. 2) La que le dé el nº más bajo a los dobles y triples enlaces. 3) La que le dé el nº más bajo a los. dobles enlaces. 4) La que le de el nº más bajo a las cadenas laterales. 5) La que en orden alfabético tenga el nº más bajo. − Nombrar cadenas: Cadenas laterales − Nº empezando por el laterales lineales carbono unido a la cadena. − Prefijo .... ilo. Cadena lateral − Elegir cadena ramificada. principal de la cadena lateral − Numerar la cade− na principal del radical − Ordenar las cadenas laterales. − Nombrar la cadena principal: Prefijo: Nº de átomos de C (localizadores) Sufijo: − doble − triple − grupo funcional 29 − cadena lateral q−15.3.− Formular: 1) Escribir los carburos de la cadena principal 2) Numerar la cadena principal 3) Escribir los dobles, triples, grupos funcionales 4) Escribir las cadenas laterales 5) Completar con hidrógenos hasta que todos los carbonos, 4 enlaces Prefijo nº carbonos Grupos que repiten Prefijo espec. Met ... 1 Et ... 2 di .... 2 bis Prop .. 3 tri .... 3 tris But ... 4 tetra .. 4 tetraquis Penta.. 5 penta . 5 pentaquis Hex .. 6 hexa .. 6 hexaquis Hept .. 7 hepta .. 7 heptaquis Oct ... 8 Octa ... 8 octaquis Nona .. 9 Nona ... 9 nonaquis Deca .. 10 Deca ... 10 decaquis Endeca .11 Dodeca.12 q−15.4.− Compuestos Orgánicos: q−15.4.1.− Alcanos: − Sufijo − Cadena principal −ano − Cadena lateral −il CH4 Metano CH3 − CH3 Etano Butano CH3 Metil CH3 − CH2 Etil CH3 Metil CH2 − CH − CH2 Metil 30 CH3 − CH − CH − CH − CH − CH3 4 ciclo propil − 2, 3, 5, 7 Tetrametiloctano CH3 − CH3 Metil Metil Ciclo hexano Ciclo pentil Ciclo propil 1− [3− etil−4(2 metil ciclopropil) ciclopentil ] CH3 Metil − 2 metil ciclohexano CH3 Metil CH2 CH3 Metil H2C − Ciclobutil CH2 Propil 7 − ( 2 ciclobutiletil) −3, 3, 8 trimetil CH3 − CH − CH − CH − CH − CH3 Metil − 6 propil CH2 CH2 CH2 CH2 Metil CH3 − C − CH2 − CH3 CH 3 CH3 Metil 2 − ciclo hexil − 5 ciclopropil − 3, 3 − dimetil heptano CH3 C−C−C−C−C−C−C 1234567 CH3 q−15.4.2.− Alquenos: − Cadena principal −localizador − eno − Cadena lateral − localizador −enil CH2 = CH2 Etano CH2 = CH − CH2 − CH3 Butano − 1 eno q−15.4.3.− Alquino: − Cadena principal − localizador − ino − Cadena lateral − localizador −inil 31 CH3 HC − C − C − C − C − C − CH3 3 metil − 4 propil − hept 3 eno −1,5 diino CH2 CH2 − CH3 4(4,4 dimetil ciclo hex −2 −enil) − 7 metil −oct −5−eno − 1 −ino CH3 HC = C − CH3 − CH2 − CH = C − C − CH3 12345678 612 •3 4 CH2 CH2 CH2 C H2C = CH − C = C − C − C = CH HC = CH − C = CH But −1 en −3 − inil Metil CH3 C = C = CH2 CH2 C CH 3 [ 3 (but−1− en−3−inil)−4 metil ciclopentil ] hex−1, 2 dien−5 ino q−15.4.4.− Hidrocarburos aromáticos: − Cadena principal .− Benceno − Cadena lateral .− Fenil CH3 o − 1, 2 orto CH3 m − 1, 3 meta P − 1, 4 para 32 7654321 4, 6 difenil − 6 metil hep 4 en − 2 ino CH3 − C − HC = C − C = C − CH3 Metil−CH2 1234 HC = C − C = CH 1 fenil 2 ( 4 metilfenil) but 1 en − 3 ino fenil CH3 q−15.5.− Compuestos Halogenados: − No principal − Sustancias − Flúor − Cloro − Bromo − Yodo CH3 − CH2 − Cl Cloro−Etano − Cloruro de etilo Cl H CH3 − C − Cl 1, 1, 1 Tricloro−Etano C − C − Cl Tricloro−Metano Cl Cl F F5 4 3 2 1 H2C − CH = CH − CH = CH2 5 Cloro, 5 Flúor pent 1, 3 dieno Cl I Br Cl 1 bromo −2 cloro −5 flúor −3 Yodo Benceno q−15.6.− Alcoholes: − Cadena principal − localizador −ol − Cadena lateral Hidroxi 321 33 CH3 − OH Metanol CH3 − CH2 − OH Etanol CH3 − CH2 − CH2 − OH Propano 1 −ol 4321 CH2 = CH − CH − CH2 But − 3 en − 1, 2 dial CH2 − OH OH OH CH − OH Propano 1, 2, 3 triol CH2 − OH OH CH3 OH HC = C − C − CH2 − CH − C = CH 4 ( 2−hidroxi −1 metil −etenil) 4 metil oct −2 en −7 in −2,6 diol Metil−CH2 CH 5 6 7 8 C OH CH3 Meta − bencinodiol OH Benceno−fenol OH Ch3 OH 5 metilciclo pent−3−en−1,2,diol OH Oh OH ch3 OH 2 metil − bencino, 1, 3, 5 triol 1, 3, 5 trihidroxi −2 metil bencino Ch3 Oh 5 −metilciclo pent − 3 en −1, 2 diol OH ciclopentil −2 −1 ol OH Eteres − Cadena principal Alquil(1) Alquil(2) eter − Cadena Lateral −oxi CH3 − O − Metoxi CH3 − CH − O − CH3 Ch2 = C − O − Eteniloxi − O − Fenoxi CH3 − − O − 3 − metilciclopentoxi CH3 − O Etoxi metoxi O − CH2 − CH3 1 etoxi − 3 metoxibenceno Sales Eteres CH3 − O − Na Metoxido de Sodio 34 Cadena Lateral Cadena Principal Aldehidos: Cadena principal −al Cadena lateral formil CH3 CHO CH2 = C − CH − CH − CH2 − CHO 3 formil − 2 (metil etinil ) pentanodial CHO Carbaldehido: CHO − CHO dicarbaldehido CHO C − C − C − C− OHC − C − C − C − C − C − C − C − CHO 3 formil − 5− ( 2 formil butil ) nonadial CHO 4− ( 2 formil butil) heptano, 1, 2, 7 tricarbaldehido Cetonas: − Cadena principal − ona − Cadena lateral −oxo O CH3 − C − CH2 − CH3 Etil metil cetona butanona Ácidos carboxílicos: − Cadena principal ácido − occo − Cadena lateral − Carboxi O C − COOH OH Sales Ácidos carboxílicos: − Cadena principal − ato Carboxilato Esteres: − Cadena principal − ato de .... O − Cadena lateral − oiloxi C − OH 35 O − oxicarbonil O − C − Haluros de ácidos: − Cadena principal − Haluro de ... oilo O − Cadena lateral halocarbonil C OH O O 54321 CH2 − CH2 − C − CH2 − C Cloruro de 5−hidroxi−3− oxo − pentanoilo Cl COOH OOC − CH3 Ácido 2 etanoiloxi benceno−carboxílico Anhídrido de ácidos carboxílicos: − Cadena principal Anhídrido.... oico − Cadena lateral oiloxicarbonil CH3 − CO O Anhidrido etanioco−propanoico CH3 − CH2 − CO − CO O ácido beceno − 1, 2 dicarboxilico Co COOH CO − O − Co HOOC − CH − CH2 − COOH CO O ácido bencenocarboxilooxicarbonil O C 36 CH3 ácido etanoiloxicarbonilbutanodioico Nitrocompuestos: − Cadena principal − − Cadena lateral .. nitro CH3 − CH2 − CH − CH2 − COOH OH H2 − CH3 2− nitrobutona NO2 Cianocompuestos o nitrilos: − Cadena principal nitrilo carbonilo − Cadena lateral ciano − C = N COOH CN CH3 − C = N Etanonitrilo CN N = C − CH2 − C = N Propanodinitrilo Ácido −2, 4 diciano bencenoico C=N N = C − CH − C − C = N 1, 1, 2, 2, 3 propano pentacarbonitrilo 2, 3, 3 triciano pentanodinitrilo C=N CH2 − c=N Amidas: − Cadena principal amida carbocarboxanada − Cadena lateral amido carbanoil carboxamido CH3 CH3 − CONH − CH3 CH3 − CON N, N dimetiletinamida n − metil etanamida CH3 37 O O 2 etanoamida bencinocarboxamida CH3 − C N − C − CH3 CONH2 H HN−CO−CH3 N − etanoil etanamida CH2 − CO NH − CH2 − OH NN bis(didroximetil) butanodiamido CH2 − CO NH − CH2 − OH Aminas: − Cadena principal amina − Cadena lateral amino −N− NH2 CH3 − NH2 Metilamina Bencenamína CH3 − N − CH3 Dimetilamina NH2 COOH NH2 COOH CH2 − NH2 Ácido aminoetanoico H2N − CH2 − CO − NH − CH − COOH Ácido aminoetanamido etanoico Sales aminas: − Cadena principal onio Cl(−) CH3 − CH2 − NH2 −−−−−−−− CH3 − CH2 − NH3(+) Cloruro de etilamonio Br(−) Br NH3(+) Nh2 − CH3 38 Bromuro de bencenoamonio Yoduro 3−bromo−N metil bencenoamonio CH3 CH3 CH3 1, 2, 3 trimetil 5 prop. 2 enil benceno CH2 − CH = CH2 OH CH2 − C − C − CH2 − COOH Ácido −3 amino −4 hidroxi −4metil pent −2 enoico CH3 NH2 TEMA Q−16 Isomería q−16.1.− Introducción: − Formula empírica .− % de elemento en la formula del compuesto tipos de formulas C 80%; H 20%; ( CH3)n − Formula molecular .− Nº de átomos de cada clase que hay en una molécula. − Formula desarrollada..− Como están los átomos unidos entre sí HH H−C−C−H HH − Formula espacial.− Como están los átomos en el espacio. q−16.2.− Isomería: − Estructurales: − Cadena C4 H10 CH3 − CH2 − CH2 − CH3 Isómeros.− Cuando Misma f. molécula pero tienen La misma los átomos se unen de CH3 − CH − CH3 formula molecular distinta manera. CH3 − Posición C4 H9 Br Br H3C − CH − CH2 − CH3 − Función C2 H6 O CH3 − O − CH3 CH3 − CH2 − OH − Estereoisómeros: 1) Conformacionales: Distinta disposición de las 39 Misma f. molécula mismos moléculas en el espacio por rotación en torno a un enlaces; distinta posición enlace sencillo. en el espacio. 2) Configuracionales: no se pueden convertir por giro en torno a enlace. − Geométrica: Disposición de los enlaces en torno a un ciclo o enlace doble. fFF C=C F CH3 CH3 Cis Trans − Ópticos: Imágenes especulares no superponibles ( enantiómeros). Átomos de carbono con 4 sustituyentes distintos. − Diasteroisómeros: − No son imágenes especulares − No son superponibles z(nº atómico) Masa atómica X Símbolo Nombre Coef. eléctrico 8 O.... Rojo Oxigeno 1s2 2s2 2p4 Aumenta ri Energía 40 + e− d1 d2 s p f s Energía Sólido Cristal Red Iónicos: sólido Enlaces Metálicos: sólidos Covalentes: sólido moléculas +− +− −+ −+ +− H+ − I− −+ f−f +− f+− f− ++ ++ ++ 41 ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ −+ −+ −+ −+ +− +− +− Símbolo subindice Sólido Líquido Gasmomomo Sólido Líquido Gasmomomo Sólido Líquido 42 Gasmomomo permeable Diatémicas Impermeable Adiabáticas Estado (1) p.v.T.m Estado (2) p.v.T.m s Qv = U Qp = H A A H H H H F i Éter Etílico cl br O H O 43 H Acetaldehido Etanol O O−H O O−H O O O O−CH3 O X O Br O O O N O NH2 1) El carbono unido a cadena. 2) Aplicar todas las reglas para elegir la cadena principal menos la 1ª Se empieza por lo unido a la cadena principal y se acaba por el otro 4 3 2 44 1 C P Metoxi C P C P C P Metoxi C P Metoxi F Cl Br I C P Metoxi C P Metoxi 45
