Cuarta semana del tercer periodo grado noveno

Tercera semana del tercer periodo grado noveno

Propiedades disolventes del agua

¿La vida alguna vez te ha dado limones? De ser así, seguramente seguiste el viejo refrán e hiciste limonada, que por supuesto, llevaba ¡mucha azúcar! Si le has puesto azúcar a la limonada (o al té o a cualquier otra bebida basada en agua) y has observado cómo se disuelve, entonces ya has visto las propiedades disolventes del agua en acción. Un solvente es una sustancia que puede disolver otras moléculas y compuestos, a los que se les conoce como solutos. Una mezcla homogénea de solvente y soluto se llama solución. Buena parte de la química de la vida se lleva a cabo en soluciones acuosas, es decir, soluciones en las que el agua es el solvente.

Debido a su polaridad y su habilidad para formar puentes de hidrógeno, el agua es un excelente solvente, lo que significa que puede disolver muchos tipos de moléculas diferentes. La mayoría de las reacciones químicas importantes para la vida se realizan en un ambiente acuoso dentro de las células y la capacidad del agua para disolver una amplia variedad de moléculas es fundamental para que dichas reacciones puedan llevarse a cabo.

Propiedades disolventes del agua

A veces se dice que el agua es el "solvente universal" gracias a su habilidad para disolver una amplia gama de solutos. Sin embargo, este nombre no es completamente exacto, ya que existen algunas sustancias (como los aceites) que no se disuelven bien en agua. De manera general, el agua es buena para disolver iones y moléculas polares, pero mala para disolver moléculas no polares. (Una molécula polar es aquella que es neutral, no tiene una carga neta, pero tiene una distribución interna de cargas que forman una región parcialmente positiva y una región parcialmente negativa).

El agua interactúa de manera diferente con sustancias polares y no polares debido a la polaridad de sus propias moléculas. Las moléculas de agua son polares, con cargas parciales positivas en los hidrógenos, una carga parcial negativa en el oxígeno y una estructura general angular. La distribución desigual de cargas en la molécula del agua refleja la mayor electronegatividad, o avidez de electrones, del oxígeno con respecto al hidrógeno: los electrones compartidos de los enlaces O-H pasan más tiempo con el átomo de O que con los de H. En la imagen siguiente se representan las cargas parciales positivas y negativas en la molécula de agua por medio de los símbolos δ$^+$start superscript, plus, end superscript y δ$^-$start superscript, minus, end superscript, respectivamente.

Debido a su polaridad, el agua puede formar interacciones electrostáticas (atracciones basadas en cargas) con otras moléculas polares y con iones. Las moléculas polares y los iones interactúan con los extremos parcialmente positivos y negativos del agua, de manera que las cargas positivas atraen a las negativas (como en los extremos + y - de los imanes). Cuando hay muchas más moléculas de agua en relación con las de soluto, como en una solución acuosa, estas interacciones forman una capa esférica de moléculas de agua alrededor del soluto, llamada capa de hidratación. Las capas de hidratación permiten la dispersión (distribución) uniforme de partículas en el agua.

¿Cómo es que la formación de una capa de hidratación hace que se disuelva un soluto? Como ejemplo, consideremos lo que le sucede a un compuesto iónico, como la sal de mesa (NaCl), cuando es agregada al agua.

Si se revuelve sal de mesa en agua, la red cristalina del NaCl comenzará a disociarse en iones de Na$^+$start superscript, plus, end superscript y Cl${}^{-}$start superscript, minus, end superscript. (La disociación es solo un nombre para el proceso por el cual un compuesto o molécula se separa para formar iones). Las moléculas de agua forman capas de hidratación alrededor de los iones: los iones Na$^+$start superscript, plus, end superscript con carga positiva son rodeados por las cargas parciales negativas del lado del oxígeno de las moléculas de agua, mientras que los iones Cl$^-$start superscript, minus, end superscript cargados negativamente son rodeados por los extremos del hidrógeno con carga parcial positiva. Durante este proceso, todos los iones en los cristales de la sal de mesa son rodeados por capas de hidratación y dispersados en la solución.

Las moléculas no polares, como las grasas y los aceites, no interactúan con el agua ni forman capas de hidratación. Estas moléculas no tienen regiones de cargas parciales positivas o negativas por lo que no son atraídas electrostáticamente por las moléculas de agua. Por eso, en lugar de disolverse, las sustancias no polares (como los aceites) se mantienen separadas y forman capas o gotas cuando se ponen en agua.

Agua y aceite

Lamparas de lava

Segunda semana del tercer periodo grado noveno

Introducción a las propiedades del agua

Eres una bolsa de agua que habla, aprende y fabrica herramientas. Bueno, esto no es totalmente justo que digamos, pero casi lo es, ya que entre el 60-70% del cuerpo humano es agua. Y no solo son los humanos, la mayoría de los animales e incluso las minúsculas bacterias están hechas en su mayor parte de agua${}^{\mathrm{}}$start superscript, 1, end superscri. El agua es la clave para la existencia de la vida tal y como la conocemos. Esto puede sonar impresionante, pero es verdad ¡y las cosas impresionantes que son ciertas son las que hacen que la vida sea interesante! La mayor parte de la química celular y el metabolismo de un organismo ocurren en el medio acuoso dentro de sus células, conocido como citosol o hialoplasma.

El agua no solo es muy común en los cuerpos de los organismos, sino que también tiene algunas propiedades químicas inusuales que la hacen ideal para sostener la vida. Estas propiedades son importantes para la biología en diferentes niveles, desde las células y los organismos, hasta los ecosistemas. En los siguientes artículos, podrás saber más acerca de las propiedades vitales del agua:

• Propiedades disolventes del agua: cómo y por qué el agua disuelve muchas moléculas polares y con carga.

• Cohesión y adhesión del agua: el agua puede pegarse a si misma (cohesión) y a otras moléculas (adhesión).

• Calor específico, calor de vaporización y densidad del agua: el agua tiene una alta capacidad calorífica y calor de vaporización, y el hielo (agua sólida) es menos denso que el agua líquida.

El agua debe estas propiedades únicas a la polaridad de sus moléculas y, específicamente, a su habilidad para formar puentes o enlaces de hidrógeno entre ellas y con otras moléculas. Aquí veremos cómo funcionan estos puentes de hidrógeno.

Polaridad de las moléculas de agua

La clave para entender el comportamiento químico del agua es su estructura molecular. Una molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno y su estructura general es angular. Esto se debe a que el átomo de oxígeno, además de formar enlaces con los átomos de hidrógeno, tiene dos pares de electrones no compartidos. Todos los pares de electrones (compartidos o no) se repelen entre ellos.

El arreglo más estable es el que los coloca lo más lejos posible uno del otro: un tetraedro, con los enlaces $\text{O}-$start text, O, end text, minus, start text, H, end text formando dos de las cuatro "patas". Los pares solitarios son ligeramente más repulsivos que los electrones de enlace, por lo que el ángulo entre los enlaces $\text{O}-\te$start text, O, end text, minus, start text, H, end text es un poco menor a los 109° de un tetraedro perfecto, alrededor de 104,5°.

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Debido a que el oxígeno es más electronegativo (ávido de electrones) que el hidrógeno, el átomo de $\text{O}$start text, O, end text acapara los electrones y los mantiene alejados de los átomos de $\text{H}$start text, H, end text. Esto le da al lado de la molécula de agua que corresponde al oxígeno una carga parcial negativa, mientras que los extremos del hidrógeno tienen una carga parcial positiva. El agua se clasifica como una molécula polar debido a sus enlaces covalentes polares y su forma angular${}^{\mathrm{}}$

start superscript, 2, comma, 3, end supersc

Puentes de hidrógeno de las moléculas de agua

Gracias a su polaridad, las moléculas de agua se atraen entre sí con gran facilidad. El lado positivo de una (un átomo de hidrógeno) se asocia con el lado negativo de otra (un átomo de oxígeno).

Estas atracciones son un ejemplo de puentes de hidrógeno, interacciones débiles que se forman entre un hidrógeno con una carga parcial positiva y un átomo más electronegativo, como el oxígeno. Los átomos de hidrógeno involucrados en enlaces de este tipo deben estar unidos a átomos electronegativos, tales como $$start text, O, end text, $$start text, N, end text, o $$start text, F, end text.

Las moléculas de agua también son atraídas por otras moléculas polares y por iones. Una substancia cargada o polar que interactúa con el agua y se disuelve en ella es conocida como hidrofílica: hidro significa "agua," y fílica significa "amigo de". En contraste, las moléculas no polares como los aceites y grasas, no interactúan bien con el agua. Estas más bien se apartan de ella en lugar de disolverse, por lo que se les llama hidrofóbicas: fóbica significa "temor a". Es posible que hayas notado esto como un inconveniente de los aderezos para ensaladas hechos con vinagre y aceite. El vinagre, es solo agua con un poco de ácido.

Primera semana del tercer periodo grado noveno

Hidruros/ Hidrácidos

Los hidruros son compuestos binarios formados por átomos de hidrógeno y de otro elemento (pudiendo ser este, metal o no metal). Existen tres tipos de hidruros: los metálicos, los hidrácidos y los no metálicos. El hidrógeno es siempre monovalente y en el caso de los hidruros metálicos presenta un estado de oxidación de -1.

Hidruros metálicos:

Los hidruros metálicos son combinaciones del hidrógeno con un metal, en donde el hidrógeno actúa con valencia -1 y los metales actúan con valencia positiva. La fórmula de los hidruros es del tipo:

Hidruros no metálico:

Se trata de aquellos compuestos en los que el hidrógeno se combina con un elemento más electronegativo que él. En este caso la valencia del hidrógeno es +1.

De este modo, dentro de este tipo de hidruros en donde el hidrógeno queda unido a un no metal tenemos por un lado los denominados hidruros volátiles. Estos están generados por la combinación del hidrógeno con elementos tales como: N, P, As, Sb, C, Si y B. Estos hidruros se suelen denominar mediante nomenclatura tradicional.

Por otro lado, tenemos los hidruros constituidos por el hidrógeno unido a algún halógeno o con anfígeno (menos el O), en este caso este tipo de hidruros de denominan hidrácidos (debido a su carácter ácido). En este tipo de compuestos los halógenos actúan con valencia -1 y los anfígenos con valencia -2.

Nomenclatura Stock

Se usa indicando la función química, luego el elemento y entre paréntesis el estado de oxidación.

Na⁺¹H^-1   Hidruro de sodio (I)

Fe⁺³H₃^-1   Hidruro de hierro (III)

Ca⁺²H₂^-1   Hidruro de calcio (V)

Nomenclatura Sistemática

Se usa indicando la función química y dependiendo de la cantidad de atomos de oxígeno presentes en el compuesto mediante la aplicación de prefijos y posterior mente el elemento.

mono: 1

di: 2

tri: 3

tetra: 4

penta: 5

hexa: 6

hepta: 7

octa: 8

NaH   monohidruro de sodio 

FeH₃   trihidruro de hierro 

CaH₂   dihidruro de calcio

Nomenclatura Tradicional

Se usa indicando la función química, mediante una abreviación del elemento, dependiendo de su estado de oxidación, y mediante la siguiente tabla, se indica una terminación mediante los prefijos y sufijos dado el caso.

Cantidad de estados de oxidación	Lugar o posición	Terminación
		Prefijo	Sufijo
1	1°		ICO
2	1°		OSO
	2°		ICO
3	1°	HIPO	OSO
	2°		OSO
	3°		ICO
4	1°	HIPO	OSO
	2°		OSO
	3°		ICO
	4°	PER	ICO

Na⁺¹H^-1   Hidruro sódico

Fe⁺³H₃^-1   Hidruro férrico 

Ca⁺²H₂^-1   Hidruro calcico

Sexta semana de clase de química grado noveno

Sales binarias y oxisales

Las sales neutras, sales haloideas o binarias son las combinaciones binarias entre un metal y un no metales, que en la tabla periódica se pueden distinguir, los metales están situados a la izquierda de la tabla períodica y los no metales a la derecha. Las sales neutras o binarias tienen la siguiente formula, que se aplica a todas las combinaciones: MeNm, donde Me es el metal y Nm es el no metal.

En camabio una oxisal, oxosal o sal oxoácida es el resultado de la combinación de un hidróxido con un ácido oxácido. Cuando un ácido oxácido reacciona con un hidróxido, el resultado será una sal oxisal. Las sales son compuestos iónicos, para formularlas, necesitas escribir en primer lugar el catión, después el anión, y, como ya debes suponer, se intercambian las valencias en forma de subíndices.

Para las oxisales:

La terminacion de la parte aniónica (o no metalica) será de la siguiente forma, y la parte catiónica se nombra como venimos acostumbrados.

OSO = ITO

ICO = ATO

Para las sales binarias:

La terminación de la parte aniónica (o no metalica) será siempre URO, la parte catiónica se nombra como venimos acostumbrados.

Nomenclatura Stock

Se usa indicando la función química, luego el elemento y entre paréntesis el estado de oxidación.

NaCl  Cloruro de sodio (I)

FeSO₄   Sulfato de hierro (II)

Nomenclatura Tradicional

Se usa indicando la función química, mediante una abreviación del elemento, dependiendo de su estado de oxidación, y mediante la siguiente tabla, se indica una terminación mediante los prefijos y sufijos dado el caso.

Cantidad de estados de oxidación	Lugar o posición	Terminación
		Prefijo	Sufijo
1	1°		ICO
2	1°		OSO
	2°		ICO
3	1°	HIPO	OSO
	2°		OSO
	3°		ICO
4	1°	HIPO	OSO
	2°		OSO
	3°		ICO
	4°	PER	ICO

Clorito potásico: KClO₂                                 Cloruro sódico: NaCl

Sulfato ferroso: FeSO₄                                        Bromuro férrico: FeBr₃