I.E. CÁRDENAS CENTRO MÓDULO DE QUÍMICA CICLO IV GRADO OCTAVO

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2 I.E. CÁRDENAS CENTRO MÓDULO DE QUÍMICA CICLO IV GRADO OCTAVO 2

3 TABLA DE CONTENIDO pág. PRIMER PERIODO 1. ESTADOS DE LA MATERIA CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTADOS (SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO) DE LA MATERIA Estado sólido Estado Líquido Estado gaseoso 5 SEGUNDO PERÍODO 1. FUNCIONES QUÍMICAS COMPORTAMIENTO DE LOS GASES REALES E IDEALES 7 TERCER PERÍODO 1. NOMENCLATURA DE LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS CARACTERÍSTICAS DE LAS PRINCIPALES FUNCIONES QUÍMICAS INORGÁNICAS Función óxido Óxidos básicos Óxidos ácidos Función hidróxido Función ácido Función sal 16 CUARTO PERÍODO 1. CAMBIOS QUÍMICOS Y REACCIONES QUÍMICAS SISTEMAS DE NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS Función óxido Óxidos básicos Óxidos ácidos Función hidróxido Función ácido Función sal DIFERENCIAS ENTRE CAMBIOS QUÍMICOS Y MEZCLAS CLASES DE REACCIONES QUÍMICAS Reacción de composición o síntesis Reacción de descomposición o análisis Reacción de desplazamiento o sustitución Reacción de doble sustitución o doble desplazamiento 25 EVALUACIÓN TIPO ICFES 26 BIBLIOGRAFÍA 29 3

4 PRIMER PERÍODO 1. ESTADOS DE LA MATERIA La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas: Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso: 1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTADOS (SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO) DE LA MATERIA Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras. Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión Estado sólido. Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido Estado Líquido. Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía). Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una 4

5 Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión: Cambios de Estado. Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de Estado gaseoso. Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño. estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias. Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 C a la presión atmosférica normal. Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido. Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 C a la presión atmosférica normal. 5

6 - En el estado sólido las partículas están ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus posiciones. A medida que calentamos el agua, las partículas ganan energía y se mueven más deprisa, pero conservan sus posiciones. - Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión (0ºC) la velocidad de las partículas es lo suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción del estado sólido y abandonan las posiciones fijas que ocupan. La estructura cristalina se va desmoronando poco a poco. Durante todo el proceso de fusión del hielo la temperatura se mantiene constante. - En el estado líquido las partículas están muy próximas, moviéndose con libertad y de forma desordenada. A medida que calentamos el líquido, las partículas se mueven más rápido y la temperatura aumenta. En la superficie del líquido se da el proceso de vaporización, algunas partículas tienen la suficiente energía para escapar. Si la temperatura aumenta, el número de partículas que se escapan es mayor, es decir, el líquido se evapora más rápidamente. - Cuando la temperatura del líquido alcanza el punto de ebullición, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de vaporización, además de darse en la superficie, se produce en cualquier punto del interior, formándose las típicas burbujas de vapor de agua, que suben a la superficie. En este punto la energía comunicada por la llama se invierte en lanzar a las partículas al estado gaseoso, y la temperatura del líquido no cambia (100ºC). - En el estado de vapor, las partículas de agua se mueven libremente, ocupando mucho más espacio que en estado líquido. Si calentamos el vapor de agua, la energía la absorben las partículas y ganan velocidad, por lo tanto la temperatura sube. ACTIVIDADES 1. Completa el texto siguiente: Al calentar un sólido se transforma en líquido; este cambio de estado se denomina. El punto de fusión es la a la que ocurre dicho proceso. Al subir la temperatura de un líquido se alcanza un punto en el que se forman burbujas de vapor en su interior, es el punto de ; en ese punto la temperatura del líquido permanece. 2. Clasifica las siguientes características según se correspondan a los sólidos, a los líquidos o a los gases: 6

7 SEGUNDO PERÍODO 1. FUNCIONES QUÍMICAS Se llama función Química al conjunto de propiedades comunes a una serie de compuestos análogos. Se conocen funciones en las dos químicas, mineral y orgánica; así son funciones de la química mineral la función anhídrido, función óxido, función ácido, función base y función sal. Las funciones de la química orgánica son muchas más, destacándose entre todas la función hidrocarburo, porque de ella se desprenden todas las demás. Para mayor claridad dividimos las funciones orgánicas en dos grupos, que designamos con los nombres de fundamentales y especiales. Las funciones fundamentales son: la función alcohol, función aldehído, función cetona y función ácido. Las funciones especiales son: la función éter, la función éster, función sal orgánica, función amina y amida y funciones nitrilo y cianuro COMPORTAMIENTO DE LOS GASES REALES E IDEALES Gas Real. Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales. Concepto de Gas Ideal y diferencia entre Gas Ideal y Real. Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no, se les llama gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros Un gas está formado por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula esta formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton del movimiento. Las moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas El número total de moléculas es grande. La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas puede cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran 7

8 número de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido hasta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor. Por ejemplo, un gas natural puede licuarse y reducir en 600 veces su volumen No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamaño molecular Los choques son elásticos y de duración despreciable. En los choques entre las moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y (suponemos)la energía cinética. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo. RESUELVE En condiciones normales de presión (1 atm) y temperatura (0º C) se tiene 1 mol de cada uno de los siguientes hidrocarburos gaseosos: Metano (CH 4) Acetileno (C 2H 2) y Etano (C 2H 6) Cuál(es) de las siguientes propiedades son iguales para los tres hidrocarburos? I) La masa. II) El volumen. III) El número de moléculas. Alternativas: A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, IIy III 8

9 TERCER PERÍODO 1. NOMENCLATURA DE LAS SUSTANCIAS QUÍMICAS La comunicación entre los seres vivos requiere de un lenguaje que debe ser comprendido tanto por el que lo emite como por el que lo recibe. Así, los profesionales químicos tienen un lenguaje que les es propio y que los distingue entre los otros especialistas, Nomenclatu ra Química. Para iniciar el estudio de la nomenclatura es necesario distinguir primero entre compuestos orgánicos e inorgánicos. Aun cuando cada vez resulta más difícil lograr esta diferenciación, diremos que los compuestos orgánicos contienen fundamentalmente al elemento carbono e hidrógeno, comúnmente en combinación con elementos como oxígeno, nitrógeno y azufre. El resto de los compuestos se clasifican como compuestos inorgánicos. Esta diferenciación es necesaria puesto que la nomenclatura en química orgánica es muy distinta a la nomenclatura en química inorgánica. Han pasado dos siglos de desarrollo químico y en la actualidad el número de compuestos conocidos sobrepasa los cinco millones. Esto ha llevado a los químicos a diseñar formas claras y sistemáticas para nombrar las sustancias químicas. A. Lavoisier presentó un informe a la academia Francesa en que empleaba términos como ico, ato, oso e ito para nombrar sustancias químicas. Por ejemplo, óxido ferroso (FeO), óxido férrico (Fe2O3). J. Berzelius continúo con el tema y propuso un método utilizando sufijos numéricos griegos. Por ejemplo, monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2). Con el fin de aunar criterios y lograr una terminología universal la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, conocida como IUPAC, por su sigla en inglés, ha elaborado y publicado las reglas definitivas para la Nomenclatura en Química Inorgánica y que constituye la química moderna. Este sistema asigna nombres que revelan sin ambigüedad la composición de la sustancia. Sin embargo, son necesarias ciertas excepciones para algunos compuestos: por ejemplo, el H2O su nombre es agua y no, óxido de dihidrógeno. Entendemos por nomenclatura química al sistema de normas, comunes en todo el mundo, para denominar a los elementos y compuestos químicos. La nomenclatura corresponde a la forma como se escriben y nombran los compuestos químicos Los compuestos son sustancias puras formadas por dos o más elementos diferentes y se representan a través de fórmulas químicas que describen su composición. Por lo tanto, es de vital importancia conocer el símbolo de cada elemento y conocer los números de oxidación de cada elemento en el compuesto antes de escribir y/o nombrar una sustancia química. Símbolos. Los elementos químicos son sustancias puras, constituidas por una sola clase de átomos. 9

10 Algunos se presentan en estado sólido, por ejemplo cobre y oro; otros en estado líquido, por ejemplo, mercurio y bromo; y otros en estado gaseoso, por ejemplo oxígeno y nitrógeno. Los elementos se representan por símbolos formados por la primera letra de su nombre en castellano, en latín, árabe o griego. En algunos casos se le agrega una segunda letra, escribiendo siempre la primera letra en mayúscula y la segunda, si existe, en minúscula. Símbolos de algunos elementos Actualmente se conocen 109 elementos químicos, de los cuales 90 se encuentran en la naturaleza; el resto ha sido sintetizado a través de reacciones nucleares. Estos elementos han sido ordenados, de acuerdo a sus propiedades, en el denominado Sistema Periódico de los Elementos Químicos. De acuerdo a sus propiedades estructurales y eléctricas los elementos se clasifican como metálicos, no metálicos y metaloides. De los 109 elementos químicos, los metales constituyen más del 70%, y los puedes encontrar a la izquierda del Sistema Periódico. Los no metales están en el extremo derecho y los metaloides en la zona límite. De acuerdo a su configuración electrónica los elementos químicos se clasifican como representativos, transición y gases nobles. Número o estado de oxidación. El número de oxidación o estado de oxidación (EDO), es un concepto teórico convencional que es importante tener en cuenta para la nomenclatura en química inorgánica. Se define como la carga aparente que adquiere un átomo cuando forma parte de un compuesto. Cada elemento químico tiene una capacidad de combinación que le es propia y que se designa por uno o más números enteros positivos y/o negativos. 10

11 Estado de oxidación de los elementos representativos 11

12 12

13 Estado de oxidación de algunos elementos de transición. 13

14 Con fines netamente prácticos definiremos algunas reglas que nos permiten determinar el estado de oxidación de los elementos constituyentes de una fórmula química. - El número de oxidación de cualquier sustancia elemental es 0. - El número de oxidación para el hidrógeno es +1, excepto cuando forma hidruro que es El número de oxidación del oxígeno es -2, excepto cuando forma peróxido que es El número de oxidación de los elementos del grupo I-A (metales alcalinos) es El número de oxidación de los elementos del grupo II-A (metales alcalinos térreos) es Los números de oxidación de los elementos restantes se determinan tomando en cuenta las reglas anteriores, considerando además que la suma algebraica de los números de oxidación de los elementos que componen un compuesto neutro es cero, y de un ion es igual a su carga. Problema resuelto. Cuál es el número de oxidación del azufre (S) en el compuesto anhídrido sulfúrico (SO3)? Respuesta: Paso 1: Por definición, el EDO del oxígeno es -2 y la suma algebraica de los EDO de todos los elementos debe ser igual a cero. Paso 2: En el compuesto hay un átomo de azufre y tres átomos de oxígeno, por lo tanto EDO del azufre = x EDO del oxígeno = -2,! 3 (-2) = -6 Por tanto, x + (-6) = 0 x = +6 Luego el número de oxidación del azufre en este compuesto es +6 EJERCICIOS 1. Determine el estado de oxidación de los elementos subrayados en los siguientes compuestos: - MnO4- - H2SO4 - CO2 - K2Cr2O7 2. Investiga la nomenclatura de los compuestos inorgánicos 14

15 1.1. CARACTERÍSTICAS DE LAS PRINCIPALES FUNCIONES QUÍMICAS INORGÁNICAS Función óxido. Los óxidos son compuestos binarios conformados por un elemento, que puede ser metal o no metal, y oxígeno. Los óxidos se clasifican en dos grupos de acuerdo con el carácter del elemento que se une con el oxígeno Óxidos básicos. Los óxidos básicos son compuestos formados por la combinación de un metal y el oxígeno; están unidos mediante enlaces iónicos. La reacción general es: n M + + O 2 M2On Observa la ecuación anterior: los estados de oxidación de los elementos se intercambian entre sí y se escriben como subíndices. n+ M O2 M2On La fórmula general de los óxidos básicos es: M2O n Dónde: M=Símbolo del metal, O= Oxígeno, 2= Estado de oxidación del O, Y n= Estado de oxidación del metal Ejemplos: Ca O CaO Hg O HgO Óxidos ácidos. Son compuestos binarios formados por un no metal y oxígeno; también se conocen con el nombre de anhídridos. Uno de los óxidos ácidos más conocidos es el dióxido de carbono, CO 2, que se obtiene como producto de la combustión de la madera, el papel, el carbón y de los derivados del petróleo. Estos óxidos se forman mediante enlaces covalentes y covalentes coordinados. La reacción general es: n nm + + O 2 nm2on La fórmula general de los óxidos ácidos es: nm2on Dónde: n= símbolo del metal 2= Valencia del oxígeno n= Valencia del no metal O= Oxigeno Función hidróxido. Los hidróxidos son sustancias muy conocidas usadas en la industria y en la vida cotidiana. Por ejemplo, el hidróxido de sodio se conoce comúnmente con el nombre de "soda cáustica" se usa como desengrasante y destapador de cañerías; en la industria es muy importante para la fabricación de jabón, papel y colorantes. Los hidróxidos, también llamados bases o álcalis, son compuestos terciarios que se obtienen como producto de la reacción entre un óxido básico y agua: óxido básico + agua hidróxido. Son compuestos iónicos cuyo enlace se establece entre un catión (metal) y uno o más iones hidróxilo (OH - ). La siguiente ecuación química representa dicho proceso ( ) M O + H O M OH 2 n 2 n Óxido básico Agua Hidróxido La fórmula general es: M( 0H ) n Donde, M= Metal n= Estado de oxidación del metal Función ácido. Los ácidos son sustancias muy importantes que se utilizan en la industria y en las casas. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, conocido comúnmente como "ácido muriático", - muy corrosivo-, se emplea para limpiar y desoxidar metales. Los ácidos se clasifican en dos grupos: los oxácidos y los hidrácidos. Los primeros son compuestos ternarios que se forman cuando un 15

16 óxido ácido reacciona con agua. La ecuación general para la obtención de un oxácido es: ( ) nm O + H O H nmo 2 n 2 x x x Óxido ácido Agua Oxácido La fórmula general de los oxácidos es: x ( ) H nmo n Dónde: H= Hidrógeno, n= No metal O= Oxígeno Por ejemplo: N2O 5 + H2O H2N2O 6 HNO 3 Óxido Agua Se simplifican Ácido nítrico nítrico los subíndices Los hidrácidos, por su parte, son compuestos binarios que se forman cuando algunos no metales (elementos del grupo VI A y VII A, con menor estado de oxidación) reaccionan con el hidrógeno. La ecuación general para la obtención de hidrácidos es: -n nm + H2 n Su fórmula general es: HnnM H nm Donde, H= Hidrógeno M =No metal n= Estado de oxidación del no metal Por ejemplo: Cl + H 2 2HCl ácido clorhídrico Características de los ácidos y las bases. Los ácidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el papel tornasol y reaccionan con ciertos metales haciendo desprender hidrógeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y al tacto son jabonosas. Las soluciones de los ácidos y las bases tienen usos comunes en las actividades diarias de los hogares y las industrias; se usan como limpiadores, blanqueadores y materia prima para la obtención de muchos productos. Afínales de 1800, el científico sueco Svante Arrhenius planteó que el agua puede disolver muchos compuestos separándolos en sus iones individuales. Sugirió que los ácidos son compuestos que pueden disolverse en agua y liberar iones de hidrógeno en la solución. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl, se disuelve en el agua de la siguiente manera: + HC1 H + Cl ( ac) ( ac) Así, en la solución acuosa de ácido clorhídrico se encuentran iones H + y Cl -. Arrhenius definió las bases como sustancias que se disuelven en agua y liberan iones de hidróxido (OH - ) en la solución. Por ejemplo, una base, de acuerdo con la definición de Arrhenius, es el hidróxido de sodio (NaOH): NaOH N a + OH + (ac) (ac) Así, en la solución acuosa de hidróxido de sodio se encuentran iones Na + y OH -. Reacciones de neutralización. Si se mezcla una solución de un ácido con una solución de una base ocurre una reacción de neutralización. Los productos resultantes son una sal y agua, los cuales no poseen ninguna de las propiedades características de las soluciones del ácido o de la base. Por ejemplo, si se mezcla una solución de ácido clorhídrico, HC1, con una de hidróxido de sodio, NaOH, ocurre la siguiente reacción en la que se obtienen cloruro de sodio y agua. HC1 + NaOH NaCl + H2O Ácido Hidróxido Cloruro Agua clorhídrico de sodio de sodio Función sal. Como ya sabes, las sales son compuestos que se producen al hacer reaccionar 16

17 un ácido con un hidróxido; son muy abundantes en la naturaleza. Las sales son compuestos iónicos formados por los cationes de las bases y los aniones de los ácidos. Guando se produce una sal a partir de un oxácido se obtiene una oxisal, que es un compuesto terciario conformado por un metal, un no metal y oxígeno. Si reacciona un hidrácido con un hidróxido se obtiene una sal haloidea o binaria, conformada por un metal y un no metal (halógeno). La ecuación general para la obtención de las sales es: ( ) ( ) Hx nmo x + M OH MnMO x n Oxácido Hidróxido Oxisal ( ) HnnM + M OH nmm n Hidráxido Hidróxido Sal haloidea RESUELVE 1.- Definiciones de estado o número de oxidación y valencia. 2.- Diferencias entre los dos conceptos. 3.- Principales valencias de los elementos metales y no metales. 4.- Principales estados de oxidación de metales y no metales. 5.- Qué es una función química? 6.- Principales funciones químicas inorgánicas 7.- Cuáles son las principales nomenclaturas que se usan para nombrar compuestos inorgánicos? 8.- Cómo se forman en general: 8.1. Los hidruros 8.2. Los óxidos 8.2. Los hidróxidos 9.- Formulación y nomenclatura de hidruros metálicos 10. Formulación y nomenclatura de hidruros no metálicos 11. Como se forman los óxidos básicos y los óxidos ácidos. Qué otros nombres Tienen? 12.Fórmula y nomenclatura de óxidos básicos 13. Formulación y nomenclatura de óxidos ácidos. 14. Qué son los peróxidos. Fórmulas y nombres. 15. Cómo se forman los hidróxidos? 16.-Formulación y nomenclatura de hidróxidos 17.- Cuál es la importancia de los elementos compuestos en el funcionamiento del ser humano. 17

18 CUARTO PERÍODO 1. CAMBIOS QUÍMICOS Y REACCIONES QUÍMICAS Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual una o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro. A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas. Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total SISTEMAS DE NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS Hemos visto que los materiales, como los elementos, pueden unirse mediante el enlace químico en las reacciones, para dar lugar a nuevas sustancias que se conocen como compuestos químicos. Éstos se clasifican en inorgánicos y orgánicos. Los compuestos orgánicos se denominan así por ser sustancias que producen los organismos vivos; se caracterizan por presentar una gran cantidad de átomos de carbono sus moléculas. Los compuestos inorgánicos son todas las sustancias que no contienen carbono y que no producen los seres vivos, aunque pueden formar parte de ellos. Aunque existe una gran cantidad de compuestos inorgánicos, éstos pueden agruparse en familias, teniendo en cuenta la similitud de sus propiedades y su composición. Los compuestos inorgánicos también clasifican de acuerdo con sus propiedades químicas. Existen cuatro grupos con propiedades semejantes, que son las funciones químicas. Una función química es el grupo de compuestos que presenta propiedades comunes y que se diferencia de los demás compuestos químicos. Entre las principales están los óxidos, los ácidos, los hidróxidos y las sales. En la figura El óxido de níquel, NiO, reacciona con el ácido nítrico, HNO 3 y produce nitrato de níquel, Ni(NO 3 ) 2. El óxido de níquel NiO, no reacciona con agua, forma una mezcla heterogénea. Para identificar una función química en una fórmula química, se requiere conocer el grupo funcional, que es el átomo o grupo de átomos que está presente en determinados compuestos y le da sus características propias. 18

19 Nomenclatura de los compuestos inorgánicos Como existe una gran cantidad de compuestos químicos es necesario diferenciarlos; por ello, cada uno tiene un nombre. Para nombrarlos se emplean tres tipos de nomenclatura: la sistemática, la stock y la tradicional. Para que la comprensión de la nomenclatura química se facilite, se estudia por grupos de compuestos con similitudes en su composición o en sus propiedades químicas. La forma de nombrar los compuestos agrupándolos de acuerdo con su función química es la siguiente Función óxido. Los óxidos son compuestos binarios conformados por un elemento, que puede ser metal o no metal, y oxígeno. Los óxidos se clasifican en dos grupos de acuerdo con el carácter del elemento que se une con el oxígeno Óxidos básicos. Los óxidos básicos son compuestos formados por la combinación de un metal y el oxígeno; están unidos mediante enlaces iónicos. La reacción general es: n M + + O 2 M2On Observa la ecuación anterior: los estados de oxidación de los elementos se intercambian entre sí y se escriben como subíndices. n+ M O2 M2On La fórmula general de los óxidos básicos es: M2O n Dónde: M=Símbolo del metal, O= Oxígeno, 2= Estado de oxidación del O, Y n= Estado de oxidación del metal Ejemplos: Ca O CaO Hg O HgO Nomenclatura de los óxidos básicos Nomenclatura tradicional. Para nombrar los óxidos se tienen en cuenta los estados de oxidación de los metales que se combinan con el oxígeno; así: Si el metal con el que se combina el oxígeno tiene un sólo estado de oxidación se nombran empleando la palabra óxido y el sufijo ico en el nombre del elemento. También se pueden utilizar las palabras óxido de y el nombre del elemento. Estos son algunos ejemplos: Li 2 O: óxido de litio. MgO: óxido de magnesio. SrO: óxido de estroncio. Si el metal con el que se combina el oxígeno tiene dos estados de oxidación, los óxidos se nombran empleando la palabra óxido y los sufijos oso para el menor estado de oxidación e ico para el mayor. Por ejemplo: NiO: óxido niqueloso (estado de oxidación +2). Ni 2 O 3 : oxido niquélico (estado de oxidación +3). Si el elemento tiene cuatro estados de oxidación, el de menor oxidación se nombra con el prefijo hipo y el sufijo oso, el segundo estado, con el sufijo oso, el tercero con el sufijo ico y el mayor, con el prefijo per y el sufijo ico. Nomenclatura sistemática. Los óxidos básicos se nombran escribiendo delante de la palabra óxido el prefijo que indica el número de oxígenos y luego el nombre del elemento. Ejemplos: MgO: monóxido de magnesio. AIO 3 : trióxido de aluminio. Fe 2 O 3 : trióxido de hierro. Nomenclatura stock. Los óxidos básicos se nombran mediante la palabra óxido, luego el nombre del metal y un paréntesis donde se coloca el número de oxidación del elemento en números romanos, antes de la reacción. Si un elemento tiene un sólo estado de oxidación, no se pone paréntesis. 19

20 Ejemplos: Mn 2 O 3 : óxido de manganeso (II). Fe 2 O 3 : óxido de hierro (III). Li 2 O: óxido de litio (sin paréntesis porque el litio sólo tiene un estado de oxidación) Óxidos ácidos. Son compuestos binarios formados por un no metal y oxígeno; también se conocen con el nombre de anhídridos. Uno de los óxidos ácidos más conocidos es el dióxido de carbono, CO 2, que se obtiene como producto de la combustión de la madera, el papel, el carbón y de los derivados del petróleo. Estos óxidos se forman mediante enlaces covalentes y covalentes coordinados. La reacción general es: n nm + + O 2 nm2on La fórmula general de los óxidos ácidos es: nm2on Dónde: n= símbolo del metal 2= Valencia del oxígeno n= Valencia del no metal O= Oxigeno. Nomenclatura de los óxidos ácidos. Para nombrar los óxidos ácidos deben tenerse en cuenta las mismas normas que para los óxidos básicos. Nomenclatura tradicional. Los no metales de los grupos representativos presentan más de un estado de oxidación, por lo que pueden formar más de un óxido. Un ejemplo son los óxidos del azufre: Ejemplos: SO: óxido hiposulfuroso; el S trabaja con estado de oxidación de (+2). SO 2 : óxido sulfuroso; el S trabaja con estado de oxidación de (+4). SO 3 : óxido sulfúrico; el S trabaja con estado de oxidación de (+6). Nomenclatura sistemática. Los óxidos ácidos se nombran escribiendo delante de la palabra óxido el prefijo correspondiente a la cantidad de átomos de oxígeno que hay en el compuesto: Ejemplos: SO: monóxido de azufre. CO 2 : dióxido de carbono. P 2 O 5 : pentóxido de fósforo. Nomenclatura stock. Los óxidos ácidos se nombran escribiendo la palabra óxido, el nombre del no metal y un paréntesis donde se coloca el número de oxidación del elemento en números romanos. Ejemplos: P 2 O 5 : óxido de fósforo (IV). N 2 O 3 : óxido de nitrógeno (III). F 2 O 7 : óxido de flúor (VII) Función hidróxido. Los hidróxidos son sustancias muy conocidas usadas en la industria y en la vida cotidiana. Por ejemplo, el hidróxido de sodio se conoce comúnmente con el nombre de "soda cáustica" se usa como desengrasante y destapador de cañerías; en la industria es muy importante para la fabricación de jabón, papel y colorantes. Los hidróxidos, también llamados bases o álcalis, son compuestos terciarios que se obtienen como producto de la reacción entre un óxido básico y agua: óxido básico + agua hidróxido. Son compuestos iónicos cuyo enlace se establece entre un catión (metal) y uno o más iones hidróxilo (OH - ). La siguiente ecuación química representa dicho proceso ( ) M O + H O M OH 2 n 2 n Óxido básico Agua Hidróxido La fórmula general es: M( 0H ) n Donde, M= Metal n= Estado de oxidación del metal Nomenclatura de los hidróxidos. Para nombrar los hidróxidos se utiliza la palabra hidróxido seguida 20

21 del nombre del óxido metálico del cual proviene. Esta norma se aplica en las tres nomenclaturas. Ejemplos: Fe (OH) 2 : hidróxido ferroso (nomenclatura tradicional), hidróxido de hierro (II nomenclatura stock) y dihidróxido de hierro (nomenclatura sistemática). Fe (OH) 3 : hidróxido férrico (nomenclatura tradicional), hidróxido de hierro (III nomenclatura stock) y trihidróxido de hierro (II) (nomenclatura sistemática) Función ácido. Los ácidos son sustancias muy importantes que se utilizan en la industria y en las casas. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, conocido comúnmente como "ácido muriático", - muy corrosivo-, se emplea para limpiar y desoxidar metales. Los ácidos se clasifican en dos grupos: los oxácidos y los hidrácidos. Los primeros son compuestos ternarios que se forman cuando un óxido ácido reacciona con agua. La ecuación general para la obtención de un oxácido es: ( ) nm O + H O H nmo 2 n 2 x x x Óxido ácido Agua Oxácido La fórmula general de los oxácidos es: x ( ) H nmo n Dónde: H= Hidrógeno, n= No metal O= Oxígeno Por ejemplo: N2O 5 + H2O H2N2O 6 HNO 3 Óxido Agua Se simplifican Ácido nítrico nítrico los subíndices Los hidrácidos, por su parte, son compuestos binarios que se forman cuando algunos no metales (elementos del grupo VI A y VII A, con menor estado de oxidación) reaccionan con el hidrógeno. La ecuación general para la obtención de hidrácidos es: -n nm + H2 n Su fórmula general es: HnnM H nm Donde, H= Hidrógeno M =No metal n= Estado de oxidación del no metal Por ejemplo: Cl + H 2 2HCl ácido clorhídrico Nomenclatura de los ácidos. Para nombrar los oxácidos se escribe la palabra ácido seguida del nombre del no metal, con el sufijo del óxido ácido del que proviene. Por ejemplo: HNO 3 : ácido nítrico, proviene del óxido nítrico. H 2 CO 3 : ácido carbónico, proviene del óxido carbónico. Para nombrar los hidrácidos se escribe la palabra ácido seguida del nombre del no metal con la terminación hídrico. Ejemplos: HF: ácido fluorhídrico. H 2 S: ácido sulfhídrico. Características de los ácidos y las bases. Los ácidos tienen un sabor agrio, colorean de rojo el papel tornasol y reaccionan con ciertos metales haciendo desprender hidrógeno. Las bases tienen sabor amargo, colorean el tornasol de azul y al tacto son jabonosas. Las soluciones de los ácidos y las bases tienen usos comunes en las actividades diarias de los hogares y las industrias; se usan como limpiadores, blanqueadores y materia prima para la obtención de muchos productos. Afínales de 1800, el científico sueco Svante Arrhenius planteó que el agua puede disolver muchos compuestos separándolos en sus iones individuales. Sugirió que los ácidos son compuestos que pueden disolverse en agua y liberar iones de 21

22 hidrógeno en la solución. Por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl, se disuelve en el agua de la siguiente manera: + HC1 H + Cl ( ac) ( ac) Así, en la solución acuosa de ácido clorhídrico se encuentran iones H + y Cl -. Arrhenius definió las bases como sustancias que se disuelven en agua y liberan iones de hidróxido (OH - ) en la solución. Por ejemplo, una base, de acuerdo con la definición de Arrhenius, es el hidróxido de sodio (NaOH): NaOH N a + OH + (ac) (ac) Así, en la solución acuosa de hidróxido de sodio se encuentran iones Na + y OH -. Reacciones de neutralización. Si se mezcla una solución de un ácido con una solución de una base ocurre una reacción de neutralización. Los productos resultantes son una sal y agua, los cuales no poseen ninguna de las propiedades características de las soluciones del ácido o de la base. Por ejemplo, si se mezcla una solución de ácido clorhídrico, HC1, con una de hidróxido de sodio, NaOH, ocurre la siguiente reacción en la que se obtienen cloruro de sodio y agua. HC1 + NaOH NaCl + H2O Ácido Hidróxido Cloruro Agua clorhídrico de sodio de sodio Función sal. Como ya sabes, las sales son compuestos que se producen al hacer reaccionar un ácido con un hidróxido; son muy abundantes en la naturaleza. Las sales son compuestos iónicos formados por los cationes de las bases y los aniones de los ácidos. Guando se produce una sal a partir de un oxácido se obtiene una oxisal, que es un compuesto terciario conformado por un metal, un no metal y oxígeno. Si reacciona un hidrácido con un hidróxido se obtiene una sal haloidea o binaria, conformada por un metal y un no metal (halógeno). La ecuación general para la obtención de las sales es: ( ) ( ) Hx nmo x + M OH MnMO x n Oxácido Hidróxido Oxisal ( ) HnnM + M OH nmm n Hidráxido Hidróxido Sal haloidea Nomenclatura de las sales. Para nombrar las sales se toma el nombre del ácido (anión) del que provienen, se cambia su terminación y luego se nombra el metal (catión) que proviene del hidróxido. Escala de Ph. En la definición de Broönsted-Lowry, los ácidos y las bases se relacionan con la concentración del ion de hidrógeno [H+] presente. Los ácidos aumentan la concentración de iones de hidrógeno, mientras que las bases la disminuyen (al aceptarlos) la acidez o alcalinidad de una solución puede medirse por su concentración de iones de hidrógeno. En 1909, el bioquímico danés Sören Sörensen inventó la escala ph para medir la acidez. Esta escala va de 0 a 14. Las sustancias con un ph entre 0 y 7 son ácidos ph y [H + ] y están inversamente relacionadas: a menor ph, mayor [H + ]. Las sustancias con un ph mayor a 7 y hasta 14 son alcalinas (bases) y también se relacionan inversamente: mientras mayor es el ph, menor es [H + ]. Exactamente en el medio, en ph = 7, están las substancias neutras, por ejemplo el agua pura. 22

23 1.2. DIFERENCIAS ENTRE CAMBIOS QUÍMICOS Y MEZCLAS Los materiales que nos rodean presentan cambios o transformaciones en forma permanente. Por ejemplo, cuando disuelves una cucharada de sal en un vaso de agua obtienes una mezcla que puede separarse por medio de la evaporación; la sal que queda es la misma que se disolvió, es decir, sus propiedades no cambian. Pero si colocas un alkaseltzer en agua, se produce un cambio químico o reacción química; las sustancias que participan en ella pierden sus propiedades y resultan nuevos compuestos con propiedades diferentes. Es importante diferenciar entre una mezcla y una reacción o cambio químico. Las mezclas están formadas por la reunión de dos o más materiales en proporciones variables; cada uno de sus componentes conserva sus propiedades físicas y químicas, aunque, en algunas ocasiones, ocurre un cambio en su apariencia. En las mezclas no ocurren cambios químicos, es decir, no se producen nuevas sustancias. En general, las disoluciones y mezclas son cambios físicos. Cuando hacemos una ensalada, hacemos una mezcla, se combinan varios vegetales, pero cada uno de ellos conserva sus características. Al disolver una sustancia en otra, ocurre un cambio físico, ya que las sustancias no se transforman en otras distintas. Por ejemplo, cuando hacemos una sopa, pareciera que la sal desaparece, pero sigue estando allí, porque al probar el caldo, la sentimos. Si queremos recuperarla, se hierve la sopa hasta que se evapore todo el líquido y la vemos en el fondo de la olla. Cuando se le echa azúcar al café, deja de verse, pero el café sabe dulce, el azúcar sigue allí pero disuelta, en partículas tan pequeñas que no puede verse. 23

24 En un cambio químico, una o más sustancias se transforman y dan origen a otras nuevas; éstas no conservan sus propiedades debido a que su estructura interna y composición se modifican: estas transformaciones ocurren en el nivel molecular de la estructura, donde los átomos se reacomodan y forman nuevas sustancias. Cuando se enciende una vela, cuando se quema el papel, cuando una estatua de bronce se pone verde, cuando la masa se transforma en pan... ocurren cambios químicos. En todos los casos nombrados anteriormente, se empieza con unas sustancias y éstas se transforman en otras sustancias diferentes. Determinar a simple vista si ha ocurrido en verdad un cambio químico, no siempre es fácil. La forma más segura es analizar las sustancias en el laboratorio para ver si son las mismas con las que empezamos o si se trata de otras. Las condiciones ambientales pueden acelerar o desacelerar un cambio químico. Algunos son muy rápidos como el que ocurre al echar una tableta efervescente en agua o cuando estalla una cotufa. Otros son más lentos, como la decoloración de la ropa o la maduración de la fruta. Y otros son sumamente lentos, como la descomposición del mármol de una estatua o la oxidación del hierro de un automóvil. Existen ciertas características que a simple vista nos indican si se ha producido o no un cambio químico como: - Los cambios de olor, es señal de que algún material nuevo acaba de aparecer, como resultado de la transformación química de los materiales que se tenían al principio. - Los cambios de color, indican que se formaron sustancias nuevas, de color distinto al de las iniciales CLASES DE REACCIONES QUÍMICAS Una reacción química es un cambio en el cual, una o más sustancias se transforman en sustancias nuevas; se representa mediante una ecuación química. En una ecuación aparecen tres partes: una flecha que se lee "produce", las sustancias originales, que se conocen como reactivos y las sustancias que resultan, que son los productos. Por ejemplo, las sustancias A y B (reactivos) reaccionan para formar las sustancias C y D (productos), de acuerdo con la siguiente ecuación: A + B C + D Reactivos Productos Reacción de composición o síntesis: En las reacciones de síntesis o composición es donde dos reactantes se combinan para formar un solo producto. Muchos elementos reaccionan con otro de esta manera para formar compuestos, por ejemplo: 2CaO(s) + 2H2O(l)! 2Ca(OH)2(ac) En esta fórmula se mezclan 2 moles de oxido de calcio sólido con 2 moles de agua líquida reacciona produciendo 2 moles de dihidróxido de calcio acuoso Reacción de descomposición o análisis: Este tipo de reacción es contraria a la de composición o síntesis ya que en esta no se unen 2 o más moléculas para formar una sola, sino que una sola molécula se divide o se rompe para formar varias moléculas más sencillas, por ejemplo: 2HgO (s)! 2Hg(l) + O2(g) 24

25 En n esta formula una 2 molécula de oxido de mercurio sólido se descomponen o dividen para formar 2 moléculas de mercurio y una de oxigeno, las cuales son más sencillas que la primera. AB + CD AC + BD Por Ejemplo: K2S + MgSO Reacción de despllazamiento o sustitución: En este tipo de reacción, un elemento libre sustituye y libera a otro elemento presente en un compuesto, uesto, su ecuación general es: CuSO4 + Fe! FeSO4 +! K2SO4 + MgS En esta reacción 1 mol de sulfuro de potasio reaccionan con sulfato de magnesio para formar sulfato de potasio y sulfuro de magnesio. magn Cu Es difícil encontrar reacciones inorgánicas comunes que puedan clasificarse correctamente como de doble sustitución. En esta reacción un mol de sulfato de cobre con 1 mol de hierro para formar sulfato de hierro y cobre Reacción de doble sustitución o doble desplazamiento: Son aquellas reacciones que se dan por intercambio de átomos entre los reactivos ACTIVIDAD PRUEBA DE LABORATORIO SUGERIDA POR EL DOCENTE 25

26 EVALUACIÓN TIPO ICFES La fórmula del fosfato de bario es Ba 3 (PO 4 ) De acuerdo con esta fórmula, es correcto afirmar que el catión presente en el compuesto, es: a) Ba 2+ b) PO 4 2- c) Ba 3+ d) PO De acuerdo con la fórmula del fosfato de bario, es correcto afirmar que el número de oxidación de fósforo en el compuesto es: a) +3 b) +1 c) +5 d) -3 La siguiente tabla presenta algunas propiedades físicas de cuatro sustancias. Sustancia Punto de fusión ( C) Punto de ebullición ( C) K -114,4-85 J L - 182,6-161,6 Q De acuerdo con la tabla, es correcto afirmar que los compuestos: a) Q y L son covalentes. b) K y L son metálicos. c) J y K son covalentes. d) Q y J son iónicos. Algunas reacciones del material J se presentan en los siguientes esquemas de reacción: a. J + O X b. X + H O H JO c. H JO + Z Y JO De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que el material J es: a) Un óxido ácido. b) Un elemento metálico. c) Un óxido básico. d) Un elemento no metal. 5. De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que el estado de oxidación del material J es: a) -2 b) +4 c) -1 d) De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que la fórmula más probable para el compuesto X es: a) JO 2 b) JO c) JO 3 d) J 2 O 7. De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que la fórmula más probable del compuesto Z es: a) JO 3 b) YOH c) H 2 JO 3 d) XH 8. Las estructuras de Lewis se emplean para representar los electrones de valencia de un átomo. Si la configuración electrónica de un átomo del elemento L es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1, la 26

27 estructura de Lewis más probable para este elemento es: a. :L ɺɺ b. L c. :L: ɺɺ d. :L: ɺɺ ɺɺ 9. Si un átomo de un elemento con electronegatividad igual a 0,8 se une con otro átomo de un elemento de electronegatividad igual a 3,5, es muy probable que el enlace formado sea: a) Covalente polar, pues la diferencia de electronegatividades es mayor que 1,7. b) Iónico porque la diferencia de electronegatividades es mayor que 2,0. c) Metálico porque la diferencia de electronegatividades es de 2,7. d) Covalente no polar porque la diferencia de electronegatividades es de 2,7. En un laboratorio se analizaron cuatro muestras de agua procedentes de diferentes lugares y se sometieron a varias pruebas para determinar su composición iónica. En la siguiente tabla se muestran los iones presentes en cada una de las cuatro muestras. Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Na + Ca 2 + NH 4 + SO 4 = Mg 2+ Cl - K + CIO 2- PO 4 = NO 3 - K + F - SO 4 = Na +2 Ca 2+ Na De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que las muestras que contienen sulfato de sodio son: a) 1 y 2 b) 2 y 3 c) 1 y 3 d) 2 y De acuerdo con la información anterior, es correcto afirmar que la muestra que contiene una mayor variedad de sales es: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 La siguiente tabla muestra las propiedades físicas de cuatro sustancias a una atmósfera de presión y a 25 C. Propiedades Sustancia Estado Conduce la electri Punto de fusión Conduce la electri cidad a temperatura (C) cidad en solución ambiente W Sólido No 685 Sí R Sólido No 80 No T Sólido Si 1535 Sí P Sólido No 755 Sí 0 Líquido No -97,9 No 27

28 12. De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que las sustancias de carácter iónico son: a) W y R b) Q y T c) W y P d) P y Q 13. De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que las sustancias de carácter covalente son: a) P y T b) Q y R c) W y P d) R y T 14. De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que el compuesto con enlace metálico es: a) W b) L c) Q d) T 15. De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que los compuestos probablemente solubles en agua son: a) W y Q b) R y T. c) R y Q. d) W y P. 28

29 BIBLIOGRAFÍA