Compuestos del carbono, energía de las reacciones y energía nuclear

Transcripción

1 Compuestos del carbono, energía de las reacciones y energía nuclear

2 FORMULACIÓN ORGÁNICA Hidrocarburos Alcanos (C-C) Alquenos (C=C) Alquinos (C C) Alcoholes: grupo hidroxilo (R-OH) Compuestos polares. Aldehídos (R-CHO) y cetonas (R-CO-R ): grupo carbonilo Compuestos polares muy reactivos. Metanal se usa como germicida Propanona (acetona) es una buen disolvente Los glúcidos están compuestos por aldehídos y cetonas con radicales hidroxilos Ácidos carboxílicos: grupo carboxílico (R-COOH) Carácter ácido Compuesto polares Nombre Grupo Sufijo como grupo principal Ácidos -COOH -oico Aldehídos -CHO -al Cetonas -CO- -ona Alcoholes -OH -ol = y -eno, -ino NOTA: Mirad anexo del libro p.11

3 Fórmulas Fórmula empírica Fórmula molecular Fórmula semi-desarrollada Fórmula desarrollada Fórmula estructural

4 Usos de los hidrocarburos Gas natural (básicamente metano y otros HC de cadena corta) Petróleo: formado por más de 100 HC distintos Refinado del petróleo: Destilación fraccionada 2. Cracking Índice de octanos Fracking o fractura hidráulica

5 Energía y velocidades de las reacciones químicas Modelo de colisiones permite explicar los aspectos energéticos de las reacciones químicas y los factores que afectan a su velocidad. Energía de enlace: energía necesaria para separar dos átomos unidos Para romper los enlaces se consume energía. Para generar nuevos enlaces se desprende energía Esta energía puede ser luminosa, eléctrica, sonora pero en la mayoría de casos es térmica. Por ello los procesos se conocen como proceso endotérmico se requiere más energía de la que se libera) y exotérmico (se libera más energía de la que se requiere) Energía de activación: La energía de activación es la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química dada. Los diagramas energéticos y las ecuaciones termoquímicas (se indica la energía del proceso) Ejercicio resuelto página 231

6 La velocidad de las reacciones químicas La cinética química es aquella rama de la Química que estudia la velocidad de las reacciones. La velocidad de una reacción química es la cantidad de producto que se obtiene en un segundo. Mide el cambio de concentración de reactivos o productos por unidad de tiempo. Ver ejemplo resuelto página 234 Si la energía de activación es alta, la reacción será lenta. Si la energía de activación es baja, la reacción será rápida Factores que modifican la velocidad de reacción: Temperatura:según la teoría cinético-molecular Concentración: Superfície de contacto:

7 Catalizadores: son sustancias que actúan en pequeñas cantidades aumentando la velocidad de una reacción sin consumirse en el proceso. Enzimas: son catalizadores biológicos que hacen aumentar la velocidad de las reacciones que se dan en los seres vivos. Un inhibidor es una sustancia que disminuye parcial o totalmente la actividad enzimática: Hay de dos tipos: Irreversibles o venenos son aquellas sustancias que inhiben la acción de los catalizadores. Reversibles se unen temporalmente al enzima

8 Tipos de reacciones Reacción de combustión y combustibles En las reacciones de combustión interviene el oxígeno molecular como reactivo Se desprende energía reacciones exotérmicas En las reacciones de combustión de los HC, se obtiene siempre dióxido de carbono y agua Cuando la reacción de combustión se da en presencia de poco oxígeno, el producto que se forma es CO, monóxido de carbono. Este es un gas muy tóxico que en bajas dosis produce somnolencia y dolor de cabeza y en dosis altas produce la muerte. Los combustibles son los reactivos que reacciones con el oxígeno molecular. Tienen mucho impacto económico y ambiental (p.219 cuadro del impacto ambiental) Características interesantes de los combustibles: Energía específica: o cantidad de energía que producen por gramo Densidad de energía: o cantidad de energía producida por litro en c.n. (condiciones normales): 1 atm de presión y 0ºC/273K de temperatura) Redacción de oxidación Oxidación de la glucosa (respiración celular)

9 Reacciones de neutralización (ácido-base) Los ácidos son aquellas sustancias que en disolución acuosa se disocian dando iones Las bases son aquellas sustancias que en disolución acuosa dan lugar a la pariciones de iones Escala de ph: a partir del color que adquiere el indicador universal se puede medir el valor de ph de una sustancia. Los ácidos reaccionan con las bases anulando las propiedades de ambos. El ph de la reacción de neutralización es neutro, es decir, 7.

10 Resumen de la unidad página 240 Reacciones de la vida cotidiana: Reacciones de neutralización

11 Energía nuclear La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se desprende en la desintegración de dichos núcleos.. Una central nuclear es un tipo de central eléctrica en la que, en lugar de combustibles fósiles, se emplea uranio-235, un isótopo del elemento uranio que se fisiona en núcleos de átomos más pequeños y libera una gran cantidad de energía (según la ecuación E = mc 2 de Einstein), la cual se emplea para calentar agua que, convertida en vapor, acciona unas turbinas unidas a un generador que produce la electricidad. Las reacciones nucleares de fisión en cadena se llevan a cabo en los reactores nucleares, que equivaldrían a la caldera en una central eléctrica de combustibles fósiles. Ventajas: Pequeñas cantidades de combustible producen mucha energía y las reservas de materiales nucleares son abundantes. Inconvenientes: Las centrales nucleares generan residuos de difícil eliminación. El peligro de radiactividad exige la adopción de medidas de seguridad y control que resultan muy costosas.

12 Energía nuclear de fisión La Energía nuclear de fisión se obtiene al bombardear, con neutrones a gran velocidad, los átomos de ciertas sustancias; algunos de estos neutrones alcanzan el núcleo atómico y lo rompen en dos partes. Se libera una gran cantidad de energía y algunos neutrones. Estos neutrones pueden chocar contra otros núcleos, que se romperán produciendo más energía y más neutrones que chocarán contra otros núcleos. Esto es una reacción en cadena. Para que esta reacción en cadena se produzca, es necesario usar sustancias que se desintegren fácilmente, es decir, sustancias radiactivas. Estas sustancias son muy peligrosas para el hombre si no se manejan con las precauciones adecuadas. La sustancia más usada es el uranio-235, aunque también se usan el uranio-233 y el plutonio-239. En todas estas reacciones, una pequeña parte de masa se transforma en energía según la ecuación E = mc 2. Por eso se obtienen cantidades tan grandes de energía. Si 1 kg de carbón produce julios, 1 kg de uranio-235 produce julios; es decir, unos dos millones de veces más energía.

13 Energía nuclear de fusión La Energía nuclear de fusión será, probablemente, la fuente de energía del futuro. Es la misma reacción que produce la energía en las estrellas. El calor y la luz que nos llegan del Sol se producen en reacciones de fusión nuclear. En la fusión nuclear se unen átomos pequeños para formar otros de mayor tamaño. En el proceso se liberan grandes cantidades de energía, mucho mayores que en la fisión. La sustancia más adecuada para fusionarse es el hidrógeno o alguno de sus isótopos para dar lugar a helio. La más adecuada es la fusión entre deuterio (hidrógeno-2) y tritio (hidrógeno-3). Ventajas: No produce residuos radiactivos y el hidrógeno es muy abundante en la naturaleza. Inconvenientes: Para iniciar la reacción hace falta una temperatura de 100 millones de grados centígrados. Conseguir esta temperatura es muy difícil aunque se ha podido alcanzar durante breves instantes con potentes rayos láser.

14 Radioactividad y desintegración La radioactividad es la propiedad que tienen ciertas sustancias de emitir radiaciones. Hay algunos isótopos que son inestables y tienden a buscar la estabilidad. El 88% de la radioactividad que recibimos es natural. El 12% restante es Artificial Tipos de partículas radioactivas: Partículas alfa son núcleos de Helio Partículas beta son electrones moviéndose a gran velocidad Radiación gamma y Rayos X son radiaciones electromagnéticas Proceso de desintegración: proceso en el que los isótopos inestables consiguen su estabilidad desprendiendo energía en forma de radiaciones. debido a estas emisiones se transforman en otros elementos. Esta cadena va ocurriendo hasta que se convierte en un átomo estable. Existe la desintegración natural y la artificial. El periodo de semidesintegración (o semivida) es el tiempo que tarda un elemento radioactivo en reducirse a la mitad de cantidad.

15 Usos de la energía nuclear Para restaurar obras de arte: Irradiándolas se consigue matar los parásitos y también ver los materiales utilizados. En agricultura, se esterilizan insectos parásitos de las plantas. En alimentación se irradian los alimentos, eliminando los microorganismos que les puedan pudrir sin destruir sus vitaminas ni sus propiedades. En medicina, para detectar y curar algunas enfermedades. El cáncer de tiroides es una de las enfermedades que mejor se curan aplicando isótopos radiactivos del yodo. Gammagrafía Accidentes importantes relativos a la energía nuclear_ Chernóbil (1986) Fukushima (2011)