Reacciones químicas a niveles moleculares

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Reacciones químicas a niveles moleculares

  1. 1. Reacciones químicas a niveles moleculares
  2. 2. Reacciones químicas a niveles molecularesI.Q.4.1 Identifica y provee ejemplos de evidencias que indican cuándo ha ocurrido unareacción química tal como: bioluminiscencia, oxidación de metales, fuegos artificialesy otros.I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos ybiológicos.I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.Ilustración de la materia por medio de modelosSM.Q.2.1 Explica la distribución espacial de las partículas en los estados sólido, líquidoy gaseoso.SM.Q.2.2 Representa con modelos físicos o diagramas el movimiento de las partículasen los estados sólido, líquido y gaseoso.
  3. 3. Reacciones químicas y el equilibrioI.Q.4.1 Identifica y provee ejemplos de evidencias que indican cuándo ha ocurrido unareacción química tal como: bioluminiscencia, oxidación de metales, fuegos artificialesy otros.Recuerda que una reacción química ocurre cuando los átomos deuna o más sustancias se reorganizan para formar diferentessustancias.
  4. 4. Reacciones químicas y el equilibrioI.Q.4.1 Identifica y provee ejemplos de evidencias que indican cuándo ha ocurrido unareacción química tal como: bioluminiscencia, oxidación de metales, fuegos artificialesy otros.Ejemplos de que haocurrido una reacciónquímica:bioluminiscenciaoxidación de metalesfuegos artificiales
  5. 5. La bioluminiscencia luciérnagaFenómeno que ha sido explorado por una variedad de organismos. Para que estareacción química ocurra es necesaria la presencia de una proteína denominadaluciferina, la enzima catalizadora luciferasa, oxígeno molecular y ATP (Trifosfato deadenosina), sustancia capaz de generar la energía necesaria para que se dé la reacción.El proceso es como sigue: el oxígeno oxida la luciferina, la luciferasa acelera lareacción y el ATP proporciona la energía para que ésta se convierta en una nuevasustancia (luciferina oxidada). En este último proceso se libera el exceso de energía enforma de luz. La intensidad de esta luz es muy grande y la luminosidad se concentra enuna pequeña zona del animal, por lo que es muy notable en noches obscuras.La reacción completa se produce en menos de un milisegundo y se mantiene mientrasel organismo permanezca excitado. Según las distintas especies de animales lacomposición química de la luciferasa y de las luciferinas varía, lo que produce coloresdistintos. http://cremc.ponce.inter.edu/bahia/bioluminiscencia.htm
  6. 6. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.1. Reacción de síntesis2. Reacción de combustión3. Reacción de descomposición4. Reacción de sustitución simple5. Reacciones de desplazamiento doble
  7. 7. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Reacción de síntesis: se combinan dos elementos paraproducir un nuevo compuesto. Ejemplos:1. A + B → AB2. 2Fe (s) + 3Cl2 (g) → 2FeCl3 (s)3. 2Na (s) + Cl2 (g) → 2NaCl (s)4. CaO (s) + H2 O(l) → Ca(OH)2 (s)5. 2SO2 (g) + O2 (g) →2SO2 (g)
  8. 8. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Reacción de combustión: El oxígeno se combina conuna sustancia y libera energía en forma de calor yluz. Ejemplos:1. 2H2 (g) + O2 (g) →2H2O (g)2. C(s) + O2 (g) →CO2 (g)3. CH4 (g) + 2O2 (g) →CO2 (g) + 2H2O (g)
  9. 9. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Práctica: Escribe la ecuación química y clasifícala.1. Los sólidos aluminio y azufre reaccionan para producir sulfuro de aluminio.2. El agua y el pentóxido de dinitrógeno gaseoso reaccionan para producir nitrato de hidrógeno acuoso o ácido nítrico.
  10. 10. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Práctica: Escribe la ecuación química y clasifícala.1. Los gases dióxido de nitrógeno y oxígeno reaccionan para producir pentóxido de dinitrógeno gaseoso.2. El gas etano (C2H6) arde en el aire, produciendo dióxido de carbono gaseoso y vapor de agua.
  11. 11. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Reacción de descomposición: Un solo compuesto sedivide en dos o más elementos o compuestos nuevos.Ejemplos:1. AB → A + B2. NH4NO3 (S)→ N2O (g) + 2H2O (g)3. NaN3 (s) → 2Na(s) +3N2 (g)
  12. 12. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen. Práctica: Escribe la ecuación química.1. El óxido de aluminio (s) se descompone cuando la electricidad pasa a través de él.
  13. 13. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen. Práctica: Escribe la ecuación química.2. El hidróxido de níquel (II)(s) se descompone paraproducir óxido de níquel (II)(s) y agua.3. Al calentar el carbonato ácido de sodio obicarbonato de sodio (s) se produce carbonato desodio(ac), dióxido de carbono (g) y agua.
  14. 14. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Reacción de sustitución: Implica sustituir unelemento de un compuesto o un metal sustituye otrometal. compuestos nuevos. Ejemplos:1. A + BX → AX + B2. 2Li (S)→ 2H2O (l) + 2LiOH (ac) +H2 (g)3. Cu (s) + 2AgNO3 (ac) → 2Ag(s) +Cu(NO3) 2 (ac)
  15. 15. Un metal no puede reemplazar ningún otro metal sobre élLitio Sodio Hierro Plata Más reactivoRubidio Magnesio Níquel PlatinoPotasio Aluminio Estaño oroCalcio Manganeso Plomo Menos reactivo Zinc Cobre
  16. 16. Un halógeno no puede reemplazar ningún otro metal sobre élFlúor Más reactivoCloroBromo Menos reactivoYodo
  17. 17. Ejemplo: Un halógeno no puede reemplazar otro más reactivo.F2 (g) + 2NaBr(ac)→ 2 NaF (ac) + Br2 (I)Br2 (g) + 2NaF(ac)→ NR (No reaccionan)
  18. 18. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen. Ejemplo: Reacción de sustitución simplePredice el producto1. Fe (s) +CuSO4 →2. Br2 (l) + MgCl2 (ac) →3. Mg (s) + AlCl3 (ac) →
  19. 19. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen. Práctica: Si ocurre, escribe la ecuación balanceada.Ejemplo: Predice el producto1.K (s) +ZnCl2 (ac) →2.Cl2 (g) + HF (ac) →3.Fe (s) + Na3 PO4 (ac) →
  20. 20. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen. Reacciones de desplazamiento doble o sustitución dobleimplica intercambio de iones entre dos compuestos. Ej:1. AX + BY → AY + BX2. Ca(OH) 2 (ac) + 2HCl (ac) → CaCl2 (ac) + 2H2O (l)3. 2NaOH (ac) + CuCl2 (ac) →2NaCl (ac) + Cu(OH)2 (s) Precipitado4. Li2S (ac) + 2HBr (ac) → 2LiBr (ac) + H2S (g)
  21. 21. Clasificación de las reacciones I.Q.4.2 Clasifica reacciones químicas e identifica las características que las distinguen.Práctica: Escribe la ecuación química balanceada1. El yoduro de litio acuoso y el nitrato de plata acuoso reaccionan para producir yoduro de plata sólido y nitrato de litio acuoso.
  22. 22. Reacciones ácido-base y su aplicaciónI.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación enlos procesos químicos y biológicos.
  23. 23. pHEscala de pHLos ácidos y las bases tienen una característica que permitemedirlos: es la concentración de los iones de hidrógeno (H+). Losácidos fuertes tienen altas concentraciones de iones de hidrógenoy los ácidos débiles tienen concentraciones bajas. El pH,entonces, es un valor numérico que expresa la concentración deiones de hidrógeno.
  24. 24. pHHay centenares de ácidos. Ácidos fuertes, como el ácidosulfúrico, que puede disolver los clavos de acero, y ácidosdébiles, como el ácido bórico, que es bastante seguro de utilizarcomo lavado de ojos. Hay también muchas soluciones alcalinas,llamadas "bases", que pueden ser soluciones alcalinas suaves,como la Leche de Magnesia, que calman los trastornos delestómago, y las soluciones alcalinas fuertes, como la sodacáustica o hidróxido de sodio, que puede disolver el cabellohumano.
  25. 25. pHLos valores numéricos verdaderos para estas concentraciones deiones de hidrógeno marcan fracciones muy pequeñas, porejemplo 1/10.000.000 (proporción de uno en diez millones).Debido a que números como este son incómodos para trabajar, seideó o estableció una escala única. Los valores leídos en estaescala se llaman las medidas del "pH".
  26. 26. Explicación sobre la escala de pH La escala pH está dividida en 14 unidades, del 0(la acidez máxima) a 14 ( nivel básico máximo). Elnúmero 7 representa el nivel medio de la escala, ycorresponde al punto neutro. Los valores menoresque 7 indican que la muestra es ácida. Los valoresmayores que 7 indican que la muestra es básica.
  27. 27. Explicación sobre la escala de pH• La escala pH tiene una secuencia logarítmica, loque significa que la diferencia entre una unidad depH y la siguiente corresponde a un cambio depotencia 10. En otras palabras, una muestra con unvalor pH de 5 es diez veces más ácida que unamuestra de pH 6. Asimismo, una muestra de pH 4 escien veces más ácida que la de pH 6.
  28. 28. Explicación sobre la escala de pH Cómo se mide el pHUna manera simple de determinarse si un materiales un ácido o una base es utilizar papel de tornasol.El papel de tornasol es una tira de papel tratada quese vuelve color rosa cuando está sumergida en unasolución ácida, y azul cuando está sumergida en unasolución alcalina.
  29. 29. Explicación sobre la escala de pHLos papeles tornasol se venden con una granvariedad de escalas de pH. Para medir el pH,seleccione un papel que dé la indicación en la escalaaproximada del pH que vaya a medir. Si no conocela escala aproximada, tendrá que determinarla porensayo y error, usando papeles que cubran variasescalas de sensibilidad al pH.
  30. 30. Explicación sobre la escala de pHPara medir el pH, sumerja varios segundos en lasolución el papel tornasol, que cambiará de colorsegún el pH de la solución. Los papeles tornasol noson adecuados para usarse con todas las soluciones.Las soluciones muy coloreadas o turbias puedenenmascarar el indicador de color.
  31. 31. Explicación sobre la escala de pHEl método más exacto y comúnmente más usado para medir elpH es usando un medidor de pH (o pHmetro) y un par deelectrodos. Un medidor de pH es básicamente un voltímetro muysensible, los electrodos conectados al mismo generarán unacorriente eléctrica cuando se sumergen en soluciones. Unmedidor de pH tiene electrodos que producen una corrienteeléctrica; ésta varía de acuerdo con la concentración de ioneshidrógeno en la solución.
  32. 32. Reacciones ácido-base I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos y biológicos. ● Cuando en una solución la concentración de iones hidrógeno (H+) es mayor que la de iones hidróxilo (OH–), se dice que es ácida. En cambio, se llama básica o alcalina a la solución cuya concentración de iones hidrógeno es menor que la de ioneshttp://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm hidróxilo. ● Una solución es neutra cuando su concentración de iones hidrógeno es igual a la de iones hidróxilo. El agua pura es neutra porque en ella [H+] = [OH–]. (Ver: Ionización del agua) ● La primera definición de ácido y base fue acuñada en la década de 1880 por Savane Arrhenius quien los define como sustancias que pueden donar protones (H+) o iones hidróxido (OH-), respectivamente. Esta definición es por supuesto incompleta, pues existen moléculas como el amoniaco (NH3) que carecen del grupo
  33. 33. Reacciones ácido-base I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos y biológicos. ● Una definición más general fue propuesta en 1923 por Johannes Brönsted y Thomas Lowry quienes enunciaron que una sustancia ácida es aquella que puede donar H+, exactamente igual a la definición de Arrhenius; pero a diferencia de éste, definieron a una base como una sustancia que puede aceptar protones.http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm ● Una definición más general sobre ácidos y bases fue propuesta por Gilbert Lewis quien describió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.
  34. 34. Reacciones ácido-base Los ácidos y las bases se caracterizan por: Ácidos Bases Tienen sabor agrio (limón, vinagre, etc). Tiene sabor cáustico o amargo (a lejía) En disolución acuosa enrojecen la tintura o En disolución acuosa azulean el papel o papel de tornasol tintura de tornasol Decoloran la fenolftaleína enrojecida por las Enrojecen la disolución alcohólica de la bases fenolftaleína Producen efervescencia con el carbonato de Producen una sensación untuosa al tacto calcio (mármol) Reaccionan con algunos metales (como el Precipitan sustancias disueltas por ácidoshttp://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm cinc, hierro,…), desprendiendo hidrógeno Neutralizan la acción de las bases Neutralizan la acción de los ácidos En disolución acuosa dejan pasar la corriente En disolución acuosa dejan pasar la corriente eléctrica, experimentando ellos, al mismo eléctrica, experimentando ellas, al mismo tiempo una descomposición química tiempo, una descomposición química Concentrados destruyen los tejidos Suaves al tacto pero corrosivos con la piel biológicos vivos (son corrosivos para la piel) (destruyen los tejidos vivos) Enrojecen ciertos colorantes vegetales Dan color azul a ciertos colorantes vegetales Disuelven sustancias Disuelven grasas y el azufre Pierden sus propiedades al reaccionar con Pierden sus propiedades al reaccionar con bases ácidos Se usan en la fabricación de jabones a partir de grasas y aceites
  35. 35. Reacciones ácido-base I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos y biológicos. ● Tanto ácidos como bases se encuentran en gran cantidad en productos usados en la vida cotidiana, para la industria y la higiene, así como en frutas y otros alimentos, mientras que el exceso o defecto de sus cantidades relativas en nuestrohttp://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm organismo se traduce en problemas de salud.
  36. 36. Reacciones ácido-base I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos y biológicos. Teoría Ácido-Base de Lowry-Bronsted ● Según Bronsted y Lowry, ácidos son todos los compuestos o iones capaces de ceder protones (H+) al medio y bases son los que pueden aceptarhttp://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm protones del medio. ● Cuando una molécula o anión puede tomar un H+ (base de Bronsted-Lowry), se forma su "ácido conjugado"
  37. 37. Reacciones ácido-base I.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos y biológicos. Teoría Ácido-Base de Lowry-Bronsted Base Protón que gana Ácido conjugado OH- H+ H2O NH3 H+ NH4+http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm CO3-2 H+ CO3H- Cuando un ácido pierde un ion hidrógeno, se forma su "base conjugada". Ácido Protón que Base conjugada pierde ClH H+ Cl- SO4H2 H+ SO4H- NO3H H+ NO3-
  38. 38. Reacciones ácido-baseI.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos ybiológicos. Fuerza de los ácidos y las bases La fuerza de un ácido o la de una base está determinada por su tendencia a perder o a ganar protones. Los ácidos pueden dividirse en fuertes (ClH, SO4H2, NO3H, etc.) y débiles (PO4H2–, CH3COOH, CO3H2, etc.). Las moléculas de los primeros se disocian en forma prácticamente total al ser disueltos en agua. Los segundos sólo ionizan una pequeña proporción de sus moléculas. De aquí que, para una misma concentración de ácido, la concentración de iones hidrógeno es mayor en las soluciones de ácidos fuertes que en las de los débiles.
  39. 39. Reacciones ácido-baseI.Q.4.3 Explica las reacciones ácido - base y su aplicación en los procesos químicos ybiológicos. Las bases también pueden dividirse en fuertes (NaOH, KOH, Ca (OH)2, etc.) y débiles (NH3, trimetilamina, anilina, etc.). Las primeras se disocian completamente en solución. Al igual que para ácidos débiles, las constantes de disociación de las bases débiles (KB) reflejan el grado de ionización. Una generalización útil acerca de las fuerzas relativas de los pares ácido-base es que si un ácido es fuerte, su base conjugada es débil y, para las bases, si una sustancia es una base fuerte, su ácido conjugado es débil.
  40. 40. Reacciones Oxidación- reducciónI.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo semanifiestan en los procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.
  41. 41. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.Cuando se introduce una lámina de zinc (Zn) en unadisolución concentrada de cobre II (Cu; valencia =2), transcurridos unos segundos, se observa que lalámina se recubre de una capa de cobre metálico.La ecuación química que representa este proceso es: Zn + CuSO4 —> Cu + ZnSO4
  42. 42. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.El sulfato de cobre (II), CuSO4, y el sulfato de zinc,ZnSO4 , son compuestos que, fundidos o disueltos enagua, se disocian en iones, según la siguienteecuación iónica:
  43. 43. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.Zn0 + Cu + 2 + SO4 – 2 —> Cu0 + Zn+ 2 + SO 4 – 2En esta ecuación puede apreciarse que el ión sulfato(SO-2) aparece en ambos lados de la ecuación, por lotanto, la ecuación puede escribirse de manera mássencilla: Cu + 2 + Zn0 —> Cu0 + Zn+ 2
  44. 44. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.La ecuación química nos indica que durante elproceso el átomo de zinc, que era eléctricamenteneutro, se ha transformado en el ión Zn+2. Paraesto, tuvo que ceder 2 electrones; en cambio, elión Cu+2 aceptó los 2 electrones del zinc, que loconvirtieron en un átomo de cobre,eléctricamente neutro.
  45. 45. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.De acuerdo a este hecho experimental, se puede concluir que: • la sustancia que pierde electrones hace que la otra sustanciagane electrones; es decir, la sustancia que se oxida hace quelaotra sustancia se reduzca. Por esto se dice que la sustancia quese oxida es el Agente Reductor, y la sustancia que se reduce esel Agente Oxidante. • como los electrones son cargas negativas, cuando unasustancia gana electrones; es decir, se reduce, se vuelve másnegativa, por lo que disminuye su número de oxidación. Por elcontrario, cuando una sustancia pierde electrones, se vuelve máspositiva, por lo que aumenta su número de oxidación.
  46. 46. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.Ejemplo: Zn0 + Cu+2 —> Zn+2 + Cu+0Esta es una reacción de óxido-reducción porque hay unatransferencia de electrones, pues los números de oxidación del Zny Cu, al comienzo de la reacción, no son los mismos al final de lareacción. El Zn cambia su número de oxidación de 0 a +2; esto significaun aumento del número de oxidación, por lo tanto, hay unapérdida de electrones (2 electrones); el Fe es agente reductor.El Cu cambia su número de oxidación de +2 a 0; esto significauna disminución del número de oxidación, por lo tanto, hay unaganancia de electrones (2 electrones); el Cu es agente oxidante.
  47. 47. Concepto de oxidación- reducción:I.Q.4.4 Pregunta sobre las reacciones de oxidación y reducción, cómo se manifiestan enlos procesos naturales y sus aplicaciones en la industria.Esta reacción química entre el zinc y el sulfato decobre se utiliza para obtener corriente eléctrica.Para ello es necesario diseñar un dispositivo quepermita que la reacción se desarrolle en dos partesfísicamente separadas: una parte donde se generanlos electrones (por la oxidación del Zn), y otra, en laque se reciben (por la reducción del Cu+2). Siconectamos ambas partes con un alambre, elmovimiento de los electrones a través de él generaráuna corriente eléctrica.
  48. 48. Ilustración de la materia por medio de modelos
  49. 49. Ilustración de la materia por medio de modelosSM.Q.2.1 Explica la distribución espacial de las partículas en los estados sólido, líquidoy gaseoso.SM.Q.2.2 Representa con modelos físicos o diagramas el movimiento de las partículasen los estados sólido, líquido y gaseoso.
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