Isotopos, cationes, aniones, radicales libres - q

FUNDAMENTOS ESPECTROSCOPICOS

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Sandra Adriana Ulloa Granda
Jaime Mauricio Paucar Pachacama
TEMA 1:
Catión
Ión de carga positiva


Anión
Iones cargados negativamente.
Características
Son átomos que han perdido
 Son átomos que poseen
electrones
electrones que protones
Ión que en la electrolisis se dirige
 Son atraídos por el ánodo
al cátodo
más
Métodos para obtener carbocationes:
Estas especies pueden generarse de diferentes maneras entre las que se encuentran:



la ionización de halogenuros de alquilo
tratamiento de alcohol es en medio ácido
reacciones de sustitución electrofílica aromática y en la adición electrofílica a
alquenos
Estas reacciones conducen a la sustitución nucleofílica alifática y la eliminación. La
manera más simple 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 R+Y–,por ejemplo:
En todos los casos, el empleo de un disolvente altamente polares indispensable, ya que la
solvatación le confiere estabilidad al catión.
Métodos para obtener carbaniones:
La formación del carbanión se ve favorecida por la presencia de grupos atractores de
electrones capaces de estabilizar la carga negativa por resonancia.
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La desprotonación de un carbono con una base de Brönsted es el procedimiento
más directo para generar un carbanión. Se trata de un equilibrio ácido-base que
depende tanto de la estabilidad del carbanión formado como de la fuerza de la
base.
Se generan en la reacción de Michael
En la química organometálica
En la reacción de Grignard
En los compuestos de alquil-litio (u organolíticos).
Estabilidad de los carbocationes :
Los carbocationes se presentan como intermediarios en varios tipos de reacción pero es
difícil mantenerlos por mucho tiempo. Para los alquil carbocationes simples el orden de
estabilidades terciario>secundario>primario.
Factores que determinan la estabilidad de los carbocationes:

Efectos electrónicos:
Los efectos electrónicos se pueden tratar en términos de efectos inductivos, de campo y
de resonancia; 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 :
En la Hiperconjugación un enlace sigma vecino al carbono con carga positiva, “comparte”
los electrones con el orbital vacío del carbocatión estabilizándolo de esta manera.

Transposición:
Consiste en que un átomo o grupo de átomos vecinos al carbocatión, se transfiera al
carbocatión junto con sus electrones de enlace, para dejar una carga positiva más
estable.

Efecto de los disolventes :
El disolvente juega un papel importante en facilitar el proceso de ionización. Este papel se
debe en gran parte al carácter dipolar de algunos disolventes y su consecuente habilidad
para estabilizar iones.

Efecto de Resonancia:
Cuando la carga positiva de un carbocatión se distribuye entre varios 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.
Aplicaciones:
Los iones son esenciales para la vida. Los iones sodio, potasio, calcio y otros, juegan un
papel esencial en la biología celular de los organismos vivos, en particular en las
membranas celulares. 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.
TEMA 2 :
Isótopos:
Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico
y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan un diferente número
másico.
Características:
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
Los átomos que son isótopos entre sí tienen el mismo número de protones en
el núcleo y ocupan el mismo lugar en la tabla periódica.
La masa atómica que aparece en la tabla periódica es el promedio de todas las
masas isotópicas naturales
Si la relación entre el número de protones y de neutrones no es la apropiada
para obtener la estabilidad nuclear, el isótopo es radiactivo.
Los elementos, tal como se encuentran en la naturaleza, son una mezcla de
isótopos.
Principales isotopos de:
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.
Hidrógeno:
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H1, se lo denomina protio o hidrógeno cuya abundancia es de 99.985%
H2, llamado deuterio (D), su abundancia es de 0.015%.
H3,tritio (T), es un isótopo radiactivo con una vida media
Oxígeno:
El oxígeno tiene tres isótopos estables y diez radioactivos. Todos sus isótopos
radioactivos tienen un periodo de semidesintegración de menos de tres minutos

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
16
O, abundancia 99.726, es estable con 8 neutrones.
O, abundancia 0,038 El O es estable con 9 neutrones
18
O, abundancia 0,2 El O es estable con 10 neutrones.
17
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:





32
S : 95,02% Estable con 16 neutrones
S: 0,75% Estable con 17 neutrones
34
S :4,21% Estable con 18 neutrones
35
S: es sintético, y cuyo período de vida media es de 87,32 d
36
S: 0,02% Estable con 20 neutrones
33
Halógenos:
Elemento

Flúor (F)

Isótopos
F, con una abundancia del 100% Estable con 10 neutrones,
tiene un único isotopo natural.
18
F es un isótopo artificial, tiene un número cuántico de espín
nuclear de 1/2 y se puede emplear en espectroscopia de
resonancia magnética nuclear. Se suele emplear como compuesto
de referencia el triclorofluorometano, CFCl3 o el trifluoroacetico
TFA.
19
El cloro tiene 9 isótopos con masas desde 32 uma hasta 40 uma. Sólo
tres de éstos se encuentran en la naturaleza:
Cloro (Cl)


35
Cl 75,77% Estable con 18 neutrones
Cl Sintético con un tiempo de vida de 3,01 × 105
36



Bromo (Br)
37
Cl 24,23% Estable con 20 neutrones
79
Br 50,69% Estable con 44 neutrones
Br 49,31% Estable con 46 neutrones
81
Hay 37 isótopos de yodo, pero sólo el I-127 es estable.
Yodo (I)


127
I, con una abundancia del 100 %, es estable con 74 neutrones
El radioisótopo artificial yodo-131 es empleado en el tratamiento
de cáncer y otras patologías de la glándula tiroidea. El yodo-129
indica el tipo de actividad desarrollada en un determinado lugar.
Métodos para obtener isótopos y abundancia relativa:
Todos los métodos de obtención de isotopos dependen de la pequeña diferencia en masa
de los isótopos a separar, se basa en sus propiedades físicas entre los más eficaces se
encuentran:

Centrifugación y destilación:
En el método de centrifugación el mecanismo está dispuesto de forma que el vapor fluya
hacia abajo en la parte exterior del cilindro giratorio, y hacia arriba en la región central del
cilindro. En la separación por destilación fraccionada, se destila una mezcla que contiene
varios isótopos. Las moléculas de la fracción que tiene el punto de ebullición más bajo
tienden a concentrarse en el flujo de vapor, de donde se recogen.

Difusión térmica:
Consiste en un tubo vertical alto con un alambre calentado eléctricamente a unos 500 °C
que atraviesa su centro y produce un gradiente de temperaturas entre el centro y las
paredes del tubo. Los isótopos más pesados tienden a concentrarse en la parte exterior
del tubo, mientras que los más ligeros se concentran en el centro. El efecto general es
que los isótopos más pesados se recogen en la parte inferior del tubo y los más ligeros en
la parte superior.

Electrólisis:
Cuando el agua sufre una electrólisis, el isótopo más ligero del hidrógeno tiende a salir
antes, dejando atrás un residuo de agua enriquecida con el isótopo más pesado.

Difusión gaseosa:
El método de difusión gaseosa se basa en la distinta velocidad de difusión de los gases
con diferente masa molecular. La velocidad de difusión de un gas es inversamente
proporcional a la raíz cuadrada de su masa; al pasar por una barrera porosa, los átomos
ligeros se difunden más rápidamente que los átomos más pesados.

Separación electromagnética:
Grupo de unidades separadoras en las que se pasaba un haz iónico obtenido de un
compuesto de uranio, a través de un campo magnético. Puesto que el radio de curvatura
de la trayectoria de los iones desviados depende de la masa del ion, los iones con masas
distintas completan su trayectoria en diferentes posiciones. Sin embargo, sólo se puede
tratar una pequeña cantidad de material en cada operación.

Láser:
Si se vaporiza antes un elemento, sus átomos pueden ser excitados e ionizados
selectivamente por medio de un rayo láser sintonizado exactamente para separar el
isótopo deseado. Los isótopos también se pueden separar en forma molecular, disociando
de forma selectiva con rayo láser aquellas moléculas del compuesto que contienen el
isótopo deseado.
Abundancia relativa:
La abundancia relativa de un isótopo es un valor expresado en porcentaje (%). Se calcula
dividiendo el número de átomos de un isótopo entre el número total de átomos del
elemento al que pertenece, todo ello multiplicado por 100, obviamente, para que sea un
porcentaje.
Para calcular esta abundancia relativa también, se utilizan los siguientes datos:
*
Tipos
de
isótopos
conocidos
de
un
elemento:
2,
3,
etc.
*
Proporción conocida entre estos isótopos según los minerales o sustancias naturales
o artificiales en las que aparecen: 1:2, 2:3, etc.
Estabilidad de los isotopos y factores que influyen en la estabilidad:
Los isótopos se subdividen en isótopos estables (existen menos de 300) y no estables o
isótopos radiactivos (existen alrededor de 1.200). El concepto de estabilidad no es exacto,
ya que existen isótopos casi estables. Su estabilidad se debe al hecho de que, aunque
son radiactivos, tienen una semivida extremadamente larga comparada con la edad de la
Tierra.
Los radioisótopos son isótopos radiactivos ya que tienen un núcleo atómico inestable (por
el balance entre neutrones y protones) y emiten energía y partículas cuando cambia de
esta forma a una más estable. La energía liberada al cambiar de forma puede detectarse
con un contador Geiger o con una película fotográfica.
TEMA 3:
Definición de Radicales libres:
Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón (e-) libre en
capacidad de aparearse, por lo que son muy reactivos y la consecuencia de estas
reacciones genera una desorganización en las membranas celulares de nuestro
organismo.
Características:
 Son especies reactivas con número impar de electrones, por lo que no alcanzan el
octeto.
 Los electrones impares se combinan rápidamente con un electrón de otro átomo
para completar el octeto y formar un enlace.
 Se pueden estabilizar por resonancia.
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, por ejemplo:
2H· → H2
Las reacciones químicas transcurren por ruptura de determinados enlaces y formación de
otros nuevos. Existe un momento en el proceso de reacción en el que se ha roto el enlace
del reactivo y no se ha formado el enlace del producto. La sustancia en este estado se
denomina intermedio de reacción. Se corresponden con un mínimo relativo en la curva
Energía-Avance de la reacción. Son especies químicas de estructuras definidas y
representables según la teoría de Lewis. Están presentes en la reacción durante un
tiempo determinado y en ocasiones se pueden aislar y almacenar.
La ruptura de los enlaces puede ser de dos tipos:
 Homolítica: cada uno de los grupos en que se divide la molécula se lleva un
electrón del enlace. Este tipo de ruptura da lugar a los radicales libres.
 Heterolítica: uno de los grupos en que se divide la molécula se lleva los dos
electrones. Este tipo de ruptura da lugar a los carbocationes y carbaniones.
Estabilidad de los radicales libres. Factores que influyen en la estabilidad:
Posibles usos. Reacciones adversas de los radicales libres:
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.
En los lípidos y proteínas de la membrana celular los radicales libres producen daño al
tomar sus electrones, por lo tanto no podrán cumplir sus funciones como el intercambio de
nutrientes y descartar los materiales de deshecho celular, haciendo imposible el proceso
de regeneración y reproducción celular.
También los aminoácidos que forman las proteínas pueden sufrir alteraciones que
modifican su estructura molecular, impidiendo su acción biológica. En el caso de las
enzimas (que son proteínas), el daño puede impedir su acción catalizadora. También los
polisacáridos, que desempeñan funciones de protección y/o lubricación de los epitelios,
pueden ser afectados, disminuyendo así las defensas y favoreciendo las inflamaciones.
Pero a pesar de todo, los radicales libres no son intrínsecamente malos.
BIBLIOGRAFÍA:












CHANG, Raymond. Química General, séptima edición, editorial Mc Graw Hill, pág:
843,844.
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ZntDblyJriA&cad=rja
http://www.scribd.com/doc/6869194/RADICALES-LIBRES
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