Temas Selectos de Química II
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Temas Selectos de Química II COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA Director General Mtro. Jorge Luis Ibarra Mendívil Director Académico Profr. Julio Alfonso Martínez Romero Director de Administración y Finanzas C.P. Jesús Urbano Limón Tapia Director de Planeación Mtro. Pedro Hernández Peña TEMAS SELECTOS DE QUÍMICA II Módulo de Aprendizaje. Copyright ©, 2008 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora todos los derechos reservados. Tercera edición 2011. Impreso en México. DIRECCIÓN ACADÉMICA Departamento de Desarrollo Curricular Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur Hermosillo, Sonora. México. C.P. 83280 Registro ISBN, en trámite. COMISIÓN ELABORADORA: Elaboración: Lyrva Yolanda Almada Ruiz Sandra Luisa Trujillo Revisión de contenido: Ramón Marcos Peralta Barreras Corrección de Estilo: Antonia Sánchez Primero Edición: Bernardino Huerta Valdez Coordinación Técnica: Claudia Yolanda Lugo Peñúñuri Coordinación General: Profr. Julio Alfonso Martínez Romero Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de diciembre de 2010. Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora Blvd. Agustín de Vildósola; Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México La edición consta de 1,382 ejemplares. 2 Ubicación Curricular COMPONENTE: GRUPO 1: FORMACIÓN PROPEDÉUTICA QUÍMICO–BIOLÓGICO Esta asignatura se imparte en el sexto semestre; tiene como antecedente Temas Selectos de Química I, no tiene asignatura consecuente y se relaciona con Química I y II, Biología I y II y Temas Selectos de Biología I y II. HORAS SEMANALES: 3 CRÉDITOS: 6 DATOS DEL ALUMNO Nombre: ______________________________________________________ Plantel: _________________________________________________________ Grupo: ____________ Turno: _____________ Teléfono:_______________ Domicilio: _____________________________________________________ ______________________________________________________________ 3 Mapa Conceptual de la Asignatura 4 Índice Recomendaciones para el alumno......................................................................7 Presentación ........................................................................................................8 UNIDAD I. REACCIONES ÁCIDO-BASE............................................................ 9 1.1. Características de ácidos y bases ................................................................11 1.2. Teoría de Arrhenius. ......................................................................................12 1.3. Teoría de Bronsted-Lowry .............................................................................15 1.4. Teoría de Lewis ..............................................................................................21 Sección de Tareas ...............................................................................................23 Auto Evaluación ....................................................................................................37 Ejercicios de Reforzamiento. ................................................................................41 UNIDAD II. REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN ......................................... 43 2.1. Reacciones de oxidación-reducción y su realización ..................................45 2.2. Pilas ...............................................................................................................50 2.3. Electrólisis .....................................................................................................54 Sección de Tareas ...............................................................................................57 Auto Evaluación ....................................................................................................71 Ejercicios de Reforzamiento .................................................................................73 UNIDAD III. LA QUÍMICA DE LA VIDA: BIOQUÍMICA ........................................ 75 3.1. Carbohidratos ................................................................................................77 3.2. Lípidos ...........................................................................................................82 3.3. Proteínas. .......................................................................................................86 Sección de Tareas ...............................................................................................93 Auto Evaluación ....................................................................................................103 Ejercicios de Reforzamiento .................................................................................107 Claves de respuestas ...........................................................................................109 Glosario ................................................................................................................110 Bibliografía ............................................................................................................113 5 RIEMS Introducción El Colegio de Bachilleres del estado de Sonora, en atención a los programas de estudio emitidos por la Dirección General de Bachillerato (DGB), ha venido realizando la elaboración del material didáctico de apoyo para nuestros estudiantes, con el fin de establecer en ellos los contenidos académicos a desarrollar día a día en aula, así como el enfoque educativo de nuestra Institución. Es por ello, que actualmente, se cuenta con los módulos y guías de aprendizaje para todos los semestres, basados en los contenidos establecidos en la Reforma Curricular 2005. Sin embargo, de acuerdo a la reciente Reforma Integral de Educación Media Superior, la cual establece un enfoque educativo basado en competencias, es necesario conocer los fines de esta reforma, la cual se dirige a la totalidad del sistema educativo, pero orienta sus esfuerzos a los perfiles del alumno y profesor, siendo entonces el camino a seguir el desarrollo de las competencias listadas a continuación y aunque éstas deberán promoverse en todos los semestres, de manera más precisa entrará a partir de Agosto 2009, en el primer semestre. Competencias Genéricas CATEGORIAS I. Se autodetermina y cuida de sí. II. Se expresa y comunica III. Piensa crítica y reflexivamente IV. Aprende de forma autónoma V. Trabaja en forma colaborativa VI. Participa con responsabilidad en la sociedad 6 COMPETENCIAS GENÉRICA 1. Se conoce y valora a sí mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que persigue. 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 3. Elige y practica estilos de vida saludables. 4. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. 6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. 7. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. 9. Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo. 10. Mantiene una actitud respetuosa hacia la interculturalidad y la diversidad de creencias, valores, ideas y prácticas sociales. 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables. Competencias Disciplinarias Básicas Ciencias experimentales 1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. 6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. 7. Explicita las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. 8. Explica el funcionamiento de maquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. 11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. 12. Decide sobre el cuidado de su salud a partir del conocimiento de su cuerpo, sus procesos vitales y el entorno al que pertenece. 13. Relaciona los niveles de organización química, biológica, física y ecológica de los sistemas vivos. 14. Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana. Competencias docentes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Organiza su formación continua a lo largo de su trayectoria profesional. Domina y estructura los saberes para facilitar experiencias de aprendizaje significativo. Planifica los procesos de enseñanza y de aprendizaje atendiendo al enfoque por competencias, y los ubica en contextos disciplinares, curriculares y sociales amplios. Lleva a la práctica procesos de enseñanza y de aprendizaje de manera efectiva, creativa e innovadora a su contexto institucional. Evalúa los procesos de enseñanza y de aprendizaje con un enfoque formativo. Construye ambientes para el aprendizaje autónomo y colaborativo. Contribuye a la generación de un ambiente que facilite el desarrollo sano e integral de los estudiantes. Participa en los proyectos de mejora continua de su escuela y apoya la gestión institucional. 7 Recomendaciones para el alumno El presente Módulo de Aprendizaje constituye un importante apoyo para ti; en él se manejan los contenidos mínimos de la asignatura Temas Selectos de Química II. No debes perder de vista que el Modelo Académico del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora propone un aprendizaje activo, mediante la investigación, el análisis y la discusión, así como el aprovechamiento de materiales de lectura complementarios; de ahí la importancia de atender las siguientes recomendaciones: Maneja el Módulo de Aprendizaje como texto orientador de los contenidos temáticos a revisar en clase. Utiliza el Módulo de Aprendizaje como lectura previa a cada sesión de clase. Al término de cada unidad, resuelve la autoevaluación, consulta la escala de medición del aprendizaje y realiza las actividades que en ésta se indican. Realiza los ejercicios de reforzamiento del aprendizaje para estimular y/o reafirmar los conocimientos sobre los temas ahí tratados. Utiliza la bibliografía recomendada para apoyar los temas desarrollados en cada unidad. Para comprender algunos términos o conceptos nuevos, consulta el glosario que aparece al final del módulo. Para el Colegio de Bachilleres es importante tu opinión sobre los módulos de aprendizaje. Si quieres hacer llegar tus comentarios, utiliza el portal del Colegio: www.cobachsonora.edu.mx Presentación La asignatura de Temas Selectos de Química II aportara al alumno conocimientos que le ayudaran a interpretar las reacciones acido-base y de oxido-reducción que se realizan en el ambiente y en los seres vivos, así mismo, le proporciona conocimientos para explicar el comportamiento de las sustancias orgánicas, a partir del estudio de sus estructuras. Este módulo de Temas Selectos de Química II, tiene como finalidad que el estudiante comprenda la composición de la materia-energía, los sistemas físicos, químicos y biológicos así como sus cambios e interdependencia, a través de una interrelación con los aspectos de desarrollo sustentable, dando lugar a la formación de valores respecto a la relación ciencia-tecnología-sociedad. Así mismo, busca proporcionarle conocimientos, habilidades y actitudes que le capaciten para cursar los estudios de licenciatura, en las escuelas de nivel superior, principalmente en los campos de la medicina, química y biología. 8 Unidad 1 Reacciones ácido – base. Objetivo: El alumno: http://www.secundaria.us.es/franicjoc/ácidosybases.html Explicará el comportamiento de las reacciones ácido-base, a partir del conocimiento de las propiedades de las sustancias; mediante el análisis del comportamiento de éstas en el mundo natural que le rodea, mostrando una postura crítica y responsable ante la repercusión de su uso en el ambiente y la sociedad. Organizador anticipado: ¿Sabías que? ¿La reacción entre el ácido nítrico (HNO3) y el bicarbonato de sodio (NaHCO3) (polvo para hornear) para producir gas dióxido de carbono (CO2) es la misma que produce la efervescencia en el alka-seltzer? Temario: ¾ Características de ácidos y bases ¾ Teoría de Arrhenius. ¾ Reacciones de neutralización. Temas Selectos de Química II Mapa Conceptual de Unidad 10 Reacciones ácido - base Evaluación Diagnóstica: Antes de iniciar esta unidad elabora un mapa conceptual con los siguientes conceptos y muéstralo a tu profesor cuando él te lo solicite. H3PO4, MgI2, Ca(OH)2, Mg3(PO4)2, sal, ácido, base, Ion, anión, catión 1.1. CARACTERÍSTICAS DE ÁCIDOS Y BASES. Habrás escuchado los términos: jabón neutro, pilas alcalinas, leche acidificada, medicamentos antiácidos, ácidos de baterías, etc, y tal vez te hayas preguntado. ¿Qué significa o que quieren decir? Ya en la antigüedad, los alquimistas habían observado que existen substancias naturales que tienen la propiedad de cambiar el color de algunos pigmentos vegetales tales como: el color de las rosas, de las violetas, del agua de canela, el de la col morada, el color del liquen llamado también tornasol y de los vegetales verdes. Observaron que muchas substancias, a pesar de ser completamente diferentes siempre provocaban el mismo cambio de color en estos pigmentos, por ejemplo: el vinagre, jugo de frutos cítricos, leche cortada, etc. Siempre cambiaban de color del liquen o tornasol a rojo mientras que otras como las cenizas, sosa, potasa, cal, etc. lo modificaban a color azul. A las primeras les dieron el nombre de ácidos (de acetum = vinagre o vino agrio), a las segundas álcalis o bases (de al kali = cenizas) y los pigmentos de estos vegetales se llamaron indicadores. Otra observación importante sobre el comportamiento de esta sustancia fue que siempre que se ponían en contacto un ácido y una base se producía una reacción química en la cual los productos formados tenían un sabor salado y perdía la capacidad de cambiar el color de los indicadores. Parte de esta actividad la puedes hacer en casa y la otra en el laboratorio. Compra una Col morado y realiza lo siguiente: • • • • • EJERCICIO 1 En una licuadora tritura las hojas de col, usando alcohol etílico como solvente de extracción de los pigmentos naturales presentes en los tejidos de la col morada. Filtra el triturado usando un pedazo de tela de cualquier tipo y el filtrado colócalo en un recipiente plano (tipo refractario). Coloca una hoja de papel bond tamaño carta en el filtrado y procura que se empape en el líquido para que se impregne totalmente de los pigmentos de la col. Espera a que se volatice todo el alcohol y que se termine de secar la hoja de papel. La hoja de papel seca, córtala en tiras y usa esas tiras para ver su capacidad de reacción cambiando de color ante ciertas sustancias ácidas y alcalinas. 11 Temas Selectos de Química II EJERCICIO 2 • • • Experimenta con todo tipo de sustancias caseras, de laboratorio, líquidos corporales, etc. Realiza las observaciones, analiza los datos que obtengas y establece una conclusión que te permita comprender y dar respuesta a las siguientes preguntas: 1. ¿Qué clase de características presentan aquellas sustancias que ya conoces como ácidas? 2. ¿Qué tipo de diferencias se destacan entre las sustancias conocidas como ácidas con las sustancias conocidas como base o álcalis? Elabora un reporte de laboratorio de acuerdo a la metodología indicada y preséntalo a tu profesor Los ácidos y las bases son sustancias de gran importancia para la vida cotidiana y para el comportamiento químico de algunas sustancias. A principios del siglo XVll, los químicos empezaron a darse cuenta de ciertas características de los ácidos y las bases. Ácidos: – Tienen sabor agrio cuando se disuelven en agua. – El papel tornasol azul lo cambia de color rojo – Neutralizan las bases Bases: – Tienen sabor amargo cuando se disuelven en agua. – Consistencia jabonosa o resbaladiza al tacto cuando se disuelve en agua. – El papel tornasol rojo lo cambia a color azul. – Neutralizan los ácidos. En la actualidad se conoce una gran cantidad de ácidos y bases tanto de origen mineral como orgánico; los científicos han elaborado teorías que tratan de explicar el comportamiento de estas substancias. 1.2. TEORÍA DE ARRHENIUS. Una de las primeras teorías que trataron de explicar el comportamiento de los ácidos y las bases fue propuesta en 1884 por Svante August Arrhenius, químico y físico Sueco. Propuso que los ácidos son sustancias que al disolverse en agua producen iones hidrógeno (H+). Son ejemplos el ácido nítrico HNO3 y el ácido acético CH3 – COOH. Las bases son sustancias que liberan iones hidróxidos (OH-) cuando se disuelven en agua, por ejemplo hidróxido de sodio NaOH y el hidróxido de calcio Ca(OH) 2 . De acuerdo con la definición de Arrhenius, las bases son compuestos iónicos que se forman con un catión y uno o más iones hidróxidos. En contraste, los ácidos son compuestos covalentes que no contienen iones hidrógeno. Los ácidos liberan iones hidrógeno en la solución debido a un rompimiento de un enlace covalente entre un hidrógeno y algún otro átomo. El Ión hidrógeno se asocia luego con las moléculas de agua para formar lo que se conoce como un Ión hidrógeno acuoso o Ión hidronio. La naturaleza opuesta de los ácidos y las bases es la razón por la que estas sustancias se neutralizan entre si. 12 Reacciones ácido - base Ejercicio 3 Clasifique cada una de las siguientes sustancias como un ácido o una base, de acuerdo con la teoría de Arrhenius. a) HCl _________________ b) Ca(OH) 2 _________________ c) H3PO4 _________________ d) H2 SO4 _________________ e) AL(OH) 3 _________________ f) _________________ KOH EJERCICIOS Ejercicio 4 Esta actividad la debes de hacer en el laboratorio de química. Es necesario recordar cómo mediste la conductividad eléctrica de un electrolito en solución acuosa. (Práctica de enlaces químicos realizada en el curso de Química 1). • • • • Realiza la medición de la conductividad eléctrica de soluciones de ácido clorhídrico 1M, ácido sulfúrico 1M, ácido acético 1M Realiza la medición de la conductividad eléctrica de soluciones de hidróxido de sodio 1M, hidróxido de magnesio 1M, bicarbonato de sodio 1M. Anota las observaciones, analiza los datos obtenidos y establece tu conclusión. Elabora un reporte de acuerdo a la metodología indicada y preséntalo a tu profesor. 1.2.1. Reacciones de Neutralización. Las propiedades de un ácido desaparecen cuando se hace reaccionar con una base y viceversa. Esto significa que la acción de un ácido neutraliza la acción de una base. ¿Por qué? Según Arrhenius, un ácido libera iones H+ y una base librera OH¯ los cuales al reaccionar forman una molécula de agua, además de una sal, las cuales son neutras. Por ejemplo: NaOH + HCl NaCl + HOH El conocimiento sobre esta reacción de neutralización es de gran importancia, ya que en ocasiones se nos presenta el malestar propio de una acidez estomacal, debido a una excesiva segregación de ácido clorhídrico en los jugos gástricos del estómago. Para combatir esta acidez estomacal se utilizan los medicamentos llamados antiácidos como carbonato de sodio (Tums®), Hidróxido de aluminio (Melox®), bicarbonato de sodio (AlkaSeltzer®). 13 Temas Selectos de Química II De igual forma, en los derrames accidentales de grandes cantidades de ácidos durante su transportación, los elementos de la sociedad de protección civil cubren el área del derrame con calhidra, Ca(OH)2 en polvo para eliminar los efectos del ácido. En otras actividades, esta reacción de neutralización se utiliza para poder determinar la concentración de un ácido o de una base presente en una solución; a esto se le conoce con el término de titulación. Por ejemplo, si agregamos suficiente cantidad de una base de concentración conocida para neutralizar exactamente una determinada cantidad original de ácido, podemos utilizar la estequiometría para determinar la concentración original del ácido. El punto en el cual hemos neutralizado exactamente la sustancia se conoce como punto de equivalencia. Si recordamos lo que se revisó en la unidad de soluciones cuando se abordó la unidad de concentración de normalidad, ésta se define como: la cantidad de equivalentes-gramo de soluto disuelto por litro de solución N= #Equiv./V, entonces #Equiv.=NV En la neutralización. # Equiv.(ácido)=#Equiv.(base) N(a) V(a) = N(b) V(b) Con la aplicación de esta ecuación matemática es posible determinar la concentración de un ácido presente en el jugo de una naranja dulce y compararlo con la determinación de la acidez del jugo de una naranja agria o de un limón, o bien determinar la alcalinidad de una solución del alka Seltzer® con la cual aliviamos la acidez estomacal. TAREA 1 Página 23. Obtenida la concentración en términos de normalidad, después se puede hacer la conversión a las otras unidades de concentración como es el caso de la molaridad. Por ejemplo: ¿Qué concentración tiene una solución de KOH, si 20 ml. de esta solución se neutralizaron totalmente con 25 ml. de solución de H2SO4 0.2 N.? Si: N(a) V(a) = N(b) V(b) Entonces, N(a) = 0.2N, V(a)=25 ml., N(b)=?, V(b)=20 ml. N(b)=(N(a) V(a))/ V(b) N(b)= (0.2N x 25ml.) / 20 ml. = 0.25 N N(b)= 0.25 N 14 Reacciones ácido - base Resuelve los siguientes problemas EJERCICIO 4 1. ¿Cuántos ml. de una solución 0.0947N de NaOH se necesitan para neutralizar 21.4 ml. de HCl 0.106N? 2. Si se requieren 26.4 ml. de una solución de LiOH para neutralizar 21.7 ml. de HBr 0.500N ¿Cuál es la concentración normal de la base? 3. Si 75 ml. de una solución 0.823 N de HClO4 requieren 95.5 ml. de Ba(OH)2 para neutralizarse totalmente, ¿Cuál es la concentración normal de la solución alcalina? 1.3. TEORÍA DE BRONSTEDLOWRY. En 1923 La clasificación de ácidos y bases propuesta por Arrhenius fue extendida a otros disolventes además del agua y a la fase gaseosa, gracias a las investigaciones hechas por el Químico británico Thomas M. Lowry y el Químico Danés Johannes Bronsted, por lo que se necesitaba otra nueva teoría. TAREA 2 Página 25. TAREA 3 La teoría de Bronted – Lowry define a: – Los ácidos: como sustancias que pueden donar protones o iones Hidrógenos (H+). Ejemplo: HCl + H2O Página 27. H3O+ + Cl- Nota: como puedes observar el ácido clorhídrico al disolverse en agua, dona un protón a la molécula del agua para producir el ión hidrónio (H3O+). – Las bases: Como sustancias que pueden aceptar protones (H+). Ejemplo: NH3 + H2O NH4 + OH- Nota: En este caso se observa como la base NH3 acepta un protón de la molécula del agua para producir el ión hidróxido (OH-). Observarás que el agua puede aceptar o bien donar un protón, es decir, dependiendo de la sustancia con la cual entre en contacto se puede comportar como un ácido o una base. 15 Temas Selectos de Química II A las sustancias que se comportan como ácidos y bases se les denomina anfipróticas o anfóteras. Debido a esto, es posible una reacción entre moléculas de agua simple donde una se comporta como ácido y la otra como una base. La reacción de esta ecuación es: http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ap1/ionizacion_del_ag ua01.jpg 1.3.1. Pares Conjugados de Ácido-Base. Miremos la reacción de NH3 y H2O otra vez: (1) NH 3 + H2O NH 4 + + OH - La reacción inversa es: (2) NH 4 + OH – NH 3 + H 2 O En este caso, NH 4 + actúa como ácido que dona un protón al OH – y el OH actúa como base. - Un ácido y una base que son relacionadas por el aumento y la pérdida de un protón se llaman un par conjugado de ácido-base. Por ejemplo, el NH 4 + es el ácido conjugado de NH 3, y el NH 3 es la base conjugada de NH 4 + . Cada ácido ha asociado a él una base conjugada. Así mismo, cada base ha asociado a ella un ácido conjugado. 16 Reacciones ácido - base Según la teoría de Bronster – Lowry Ácido - protón Base + protón EJERCICIO 6 Base conjugada Ácido conjugado Escribe la fórmula de la base conjugada de cada uno de los siguientes ácidos. 1. H2CO3 ____________ 2. HNO3 _________ 3. H2S ___________ 4. CH3COOH __________ 5. HCl __________ 6. H2SO4 __________ Escribe la fórmula del ácido conjugado de cada una de las siguientes bases. 1. NH3 ______________ 2. CH3 –O-_________ 3.CN- ____________ 4. HS- ______________ 5. H2 O ___________ 4.ClO3- ___________ 1.3.2. Concentración de iones hidronio y pH. Ionización del agua. ¿Es posible que el agua se ionice? ¿Si se ioniza, significa entonces que también conduce corriente eléctrica? ¿Y cómo lo pruebo? Experimentos muy precisos de medición de la conductividad eléctrica de las sustancias, han determinado que el agua como sustancia única, tiene la capacidad de conducir la corriente eléctrica, lo que confirma que se ioniza. Aplicando el conocimiento de la teoría propuesta por Bronster – Lowry, el agua se ioniza según la siguiente ecuación quimica. H2O(l) + H2O(l) → H3O+ (ac) + H3O¯(ac) La molécula de agua sufre una disociación, liberando un protón H+ como si fuera un ácido y un ión OH¯ como si fuera una base. HOH → H+ + OH¯ Los experimentos sobre la conductividad eléctrica han indicado que el agua pura es un pobre conductor de electricidad, contiene pocos iones, por lo tanto el agua pura se ioniza muy poco, estos experimentos sobre conductividad han demostrado que el agua se ioniza en el orden de 1 X 10¯7 moles de moléculas por cada decímetro cúbico de agua. Si por cada molécula de agua que se ioniza se forma un Ion de H+ y un Ion de OH¯, significa que el agua pura debe de existir un número de estos iones, o sea: [H+] = [OH¯] = 1 X 10¯7 moles/l. Nota: El uso de [ ] es para indicar las cantidades de las sustancias en términos de molaridad, es decir moles por litro. 17 Temas Selectos de Química II Lo que a su vez permite establecer la constante ionización del agua (Kw) es del orden de 1 X 10¯14. Kw = [H+] [OH¯] = (1 X 10¯7 moles/l.)(1 X 10¯7 moles/l.) = 1 X 10¯14 Esta igualdad en la concentración de los iones que resultan de la ionización del agua hace que el agua se manifieste como neutra, es decir no muestre propiedades de un ácido ni de una base. Potencial de Hidrógeno Has visto que en el agua la concentración de iones hidronio es igual a 1 X 10¯7 moles por litros. Cuando se adiciona un ácido al agua debido a la reacción que se presenta entre ellos, la concentración de iones hidronio se eleva y toma valores mayores de 1 X 10¯7 moles/l mientras que con las bases sucede lo contrario. Debido a que esos valores de las concentraciones de los iones son muy pequeñas, manejar estas cantidades sería bastante engorroso, es por ello que desde 1909 el químico danés S.P.L.Sorensen propuso que se usara sólamente un número y se refirió al exponente de la base de 10, pero en su expresión positiva. Y se le llamó como escala de pH para cuando se determine el poder o potencial de los iones H+ y además también se maneja la escala de pOH, para cuando se determine el poder o potencial de los iones OH¯. Llamada Potencial de Hidrógeno o pH. Esta escala se define como una operación matemática en la que se determina el logaritmo negativo de la concentración molar de los iones H+ presentes en el medio o disolución. TAREA 4 ph = - log [ H+ ] Si calculamos el valor de pH para el agua tendremos que: Página 29. pHw = - log 1 x 10-7 pHw = 7 A este valor de pH para el agua se le llama pH neutro. Para lo ácido los valores de pH serán menores que el valor de pH para el agua; es decir, menores que siete; y para las bases, valores mayores que siete. Ver escala de pH. 18 Reacciones ácido - base Para determinar en la práctica estos valores de la escala de pH, se puede hacer mediante medios electrónicos en donde un medidor de la concentración de iones H+ detecta electrónicamente la concentración y da un valor de la escala de pH, a este aparato se le llama Potenciómetro. http://www.masso.com/content/view/31/95/lang,es/ http://www.equipesca.com.mx/producto,32?sessionid=413e60ab8a8fae607f9ae c0068012732 Otra forma de determinar los valores de pH es a través del uso de ciertas sustancias que son ácidos y bases orgánicos débiles que tienen la oportunidad de cambiar su estructura ante cierta concentración de estos iones, cambiando a su vez el color. A estas sustancias se les conoce como indicadores ácido-base Una mezcla de varios de estos indicadores ácido-base es lo que se utiliza para impregnar tiras de papel, el cual después se comercializa como papel universal, papel hydrion o simplemente papel pH, alguno de estos indicadores se relacionan a continuación en la tabla. TAREA 5 http://recursos.cnice.mec.es/bancoimagenes2/buscador/imagen.php?idimagen =57930&zona=mat&nivel1=94&nivel2=113&nivel3=115&expresion=%22papel +reactivo%2 Página 31. http://images.google.com.mx/url?q=http://www.eleco.com.uy/productos/catalog o_macherey_papeles_pH.htm&usg=AFQjCNGJR8kCbkpvxEjMx1aXZviSrcXSSg 19 Temas Selectos de Química II EJERCICIO 7 Una vez comprendido los conceptos de pH y pOH completa la siguiente tabla. Recuerda que, la suma de pH + pOH = 14. [ H3O+ ] 100 [ OH- ] 10-14 pH 0 pOH 14 Caracter: Ácido 10-1 Ejemplo: Ácido de batería Jugos gástricos 10-2 10-3 Jugo de limón 10-4 Agua de soda 10-5 Café negro 10-6 10-7 10-7 7 7 Neutro Agua pura 10-8 10-9 Bicarbonato de sodio 10-10 Jabón de tocador 10-11 Detergentes 10-12 10-13 Limpiadores caseros 10-14 100 14 0 Básico Limpiadores cañerías Ejemplos: 1. ¿Cuál es el pH de una solución 0.000001 M de ácido sulfúrico? [ H+ ] = 0.000001 M =1 x 10-6 M pH = -log [ H+ ] pH = -log [1 x 10-6 ] pH = -[ log 1 + log 10-6 ] pH = - [ 0 + (-6) ] pH = 6 20 de Reacciones ácido - base 2. ¿Cuál es el pH de una solución cuya concentración de ion hidronio es de 0.005 M? [ H+ ] = 0.005 M =5 x 10- 3 M pH = -log [ H+ ] pH = -log [ 5 x 10- 3 ] pH = - [ log 5 + log 10- 3 ] pH = - [ 0.70 + (- 3) ] pH = - [ 0.70 - 3 ] pH = - [ - 2.3 ] pH = 2.3 3. ¿Cuál es el pOH de una solución 0.0001 M de NaOH? [ OH- ] = 0.0001 M =1 x 10- 4 M pOH = - log [ OH- ] pOH = - log [1 x 10- 4 ] pOH = - [ log 1 + log 10- 4 ] pOH = - [ 0 + (- 4) ] pOH = 4 TAREA 6 Página 33. 1.4. TEORÍA DE LEWIS. En 1923 surge una nueva forma de clasificar a los ácidos y las bases de una manera más extendida que la clasificación de Bronsted – Lowry, y que fue enunciada por el químico americano Gilbert N. Lewis. En equipo de tres personas realiza un trabajo de investigación bibliográfica. EJERCICIO 8 Los temas a investigar son: • • • Los conceptos de ácido y base según la teoría de Lewis Configuración puntual de los ácidos y bases según Lewis Elabora un mapa conceptual con la información obtenida, para su discusión con el resto del grupo. Lewis amplió aún más la definición de ácidos y bases, aunque esta teoría no tendría repercusión hasta 1938. Son ácidos de Lewis aquellas sustancias que aceptan pares de electrones de las bases. Son ácidos de Lewis todos aquellos cationes que poseen orbitales vacíos susceptibles de aceptar pares de electrones de las bases de Lewis. En general cualquier catión de transición es un ácido de Lewis, y cualquier sustancia que posea pares de electrones no compartidos sería una base de Lewis, y podría cederlos formando un enlace covalente denominado coordinado o dativo. En cualquier compuesto de coordinación el catión central es el ácido de Lewis y las especies que coordinan con él son bases de Lewis: Fe(H2O)6 3+ (aquí el Fe3+ es 21 Temas Selectos de Química II el ácido de Lewis y las moléculas de agua son las bases de Lewis. (El oxígeno del agua posee dos pares de electrones sin compartir). El amoníaco es una base de Lewis típica y el trifluoruro de boro un ácido de Lewis típico. Los ácidos de Lewis tales como el cloruro de aluminio, el trifluoruro de boro, el cloruro estánnico, el cloruro de zinc y el cloruro férrico son catalizadores sumamente importantes de ciertas reacciones orgánicas Ejemplo: El amoníaco se comporta como una base, ya qu es capaz de ceder un par de electrones al trifluoruro de boro para formar un par ácido-base: H 3N: + BF3 TAREA 7 Página 35. EJERCICIO 9 ¡Ojo! Recuerda que debes resolver la H reforzamiento; esto te ayudará a enriquecer los temas vistos en clase. 22 .. :F: N: B H :F: .. F: H .. .. H F N B H F F Las definiciones de Lewis de los ácidos y bases tienen una importancia especial en la química orgánica, pero las definiciones de Arrhenius o de Bronsted - Lowry son por lo general adecuadas para explicar las reacciones en solución acuosa. Clasifique cada una de las siguientes sustancias como un ácido o una base, de acuerdo con la teoría de Lewis. a) SO3 ________________ b) SO42- ________________ c) Al3+ ___________________________ d) ClO4- ________________ e) H2O ________________ En resumen, las tres teorías sobre los ácidos y las bases son: autoevaluación y los ejercicios de H H3N – BF3 TEORÍA ÁCIDO BASE Arrhenius Cede H+ Cede OH- Brönsted - Lowry Cede H+ Acepta H+ Lewis Acepta pares de e- Cede pares de e- Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 1 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: En equipo de cinco personas realiza en el laboratorio de química la presente actividad. • Prepara una solución estándar de NaOH al 0.2 N. y una solución estándar de HCl 0.2 N. • Prepara muestras por separado de 10 ml. Cada una; de jugo de naranja dulce, de jugo de naranja agria, de una disolución 1:10 de Melox®, de una disolución de alka Seltzer®. • A cada una de las muestras agrégale 6 gotas de indicador Fenolftaleina. • Las sustancias alcalinas se titulan con la solución estándar de HCl 0.2N • Las sustancias ácidas se titulan con la solución estándar de NaOH 0.2N • Anota tus observaciones, realiza las mediciones y ejecuta los cálculos para titular las sustancias, analiza los resultados y establece una conclusión. • Elabora un reporte de acuerdo a la metodología indicada y preséntalo a tu profesor. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 23 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 24 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 2 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Determina el carácter ácido o base así como ácido y base conjugados, para las sustancias en las siguientes reacciones: a) H2 O + HClO4 H3O+ b) CH3OH + NH2- CH3O- + NH3 c) OH- + H3O+ d) HCl + NH3 e) NH2- + H2 O H2 O + ClO4- + H2 O NH4+ + Cl- NH3 + OH- ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 25 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 26 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 3 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Realiza esta actividad en el laboratorio de química, utilizando un circuito que proporcione corriente directa, o una conexión simple para disponer de -corriente alterna directamente de una toma de corriente del laboratorio; un foco, un interruptor y agua destilada. Actividad Material: un limón una naranja una papa un chile sal azúcar chocolate agua destilada agua potable Procedimiento: Se combina cada material con agua destilada y se prueba la conductividad en cada una de las muestras. En base a lo realizado en el experimento responde: ¿Qué sucede en el interior de la mezcla que provoca que se prenda el foco? ¿Qué papel juega el agua en este fenómeno? 27 Temas Selectos de Química II Resultados: Se anotarán los resultados para en una tabla como la siguiente: Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 28 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 4 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Indica cuál es el carácter de la solución para cada uno de los valores de pH. a) pH= 5 ________________ pH= 3.35 _________________ b) pH= 9 ________________ pOH= 10.3 ________________ c) pOH= 6 _______________ pOH= 9.6 _________________ d) pH= 7 _________________ pOH= 2.8 _________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 29 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 30 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 5 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: En equipo de cinco personas realiza en el laboratorio de química la presente actividad. • Por medio del uso de papel pH y de los indicadores ácido-base que dispongan en el laboratorio de tu plantel, determina la acidez o alcalinidad de varias sustancias comunes. • Algunas de estas sustancias comunes pueden ser: Vinagre, bebida gaseosa, jugo de uvas, pan húmedo, orina, saliva, sangre, lágrimas, clara de huevo, solución de NaOH 0.1M, solución de HCI 0.1M, etc. • Anota tus observaciones, realiza el análisis de los datos obtenidos establece una conclusión que te permita contestar las siguientes preguntas: 1. ¿Qué tipo de limitaciones se pueden detectar en el uso de los indicadores ácido-base? 2. ¿A qué se debe el hecho de que el valor de pH que determine un individuo no siempre es el mismo valor de pH que determine otro individuo? • Elabora un reporte de acuerdo a la metodología indicada y preséntalo a tu profesor. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 31 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 32 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 6 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Resuelve los siguientes problemas y anota los cálculos. 1. Cuál será el valor de pH si la solución tiene una concentración [ H+] = 0.0001 moles/Lts. 2. Cuál es el pH de una solución que tiene una concentración de iones H3O+ de 0.0002M. 3. Cuál es el pH de una solución si su [H3O+] = 4.5 X 10-9 M. 4. Calcula el pH y pOH de las soluciones que tienen las siguientes concentraciones de iones hidronio. a) 3 X 10-5 mol/Lts. b) 4 X 10-3 mol/Lts. c) 2 X 10-7 mol/Lts. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 33 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 34 Reacciones ácido - base Nombre ____________________________________________________________ TAREA 7 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: De la siguiente lista indica quién es ácido o base según la teoría de Lewis. a) SO3 ____________________________ b) FeCl3 ____________________________ c) OH- _____________________________ d) PH3 _____________________________ e) H2 O _____________________________ f) Zn+2 _____________________________ g) NH3 _____________________________ h) AlCl3 ____________________________ i) BF3 _____________________________ j) Ca+2 ____________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 35 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 36 Reacciones ácido - base Nombre _________________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos, rellenando el círculo de la opción que consideres correcta. 1. Son sustancias que de acuerdo a la estructura de su fórmula química, se les puede considerar como ácidos según la clasificación propuesta por Arrehenius: NH3, PH3 H2O, CH3-OH HCl, HNO3 NaCl, Al(OH)3 2. Son materiales que de acuerdo a sus características físicas, se identifican como base o álcali. Jabón de baño Leche Orina Saliva 3. ¿Quién propuso que las bases deben de ser sustancias que donen pares de electrones? Svante Arrehenius J. Bronsted. T. Lowry Gilbert. N. Lewis. 4. Científico que propuso que los ácidos deben de ser sustancias que donen iones de H+ al momento de disolverse en agua: Svante Arrehenius J. Bronsted. T. Lowry Gilbert. N. Lewis. 5. Sustancias como el agua, ciertos indicadores, etc. que de acuerdo a Bronsted – Lowry pueden ser ácidos o bases, son conocidas como: Isótopos. Alótropos Anfóteros Isómeros 37 Temas Selectos de Química II 6. Al medir conductividad eléctrica de las sustancias, se encontró que el aceite vegetal puro no conduce la corriente eléctrica, lo cual significa que el aceite es: Base Ácido Sustancia que no se ioniza Anfótero 7. Si la [H+] = 2.3 x 10-9 moles por litro, esto permite determinar que el medio es: Ácido Alcalino Neutro Salino 8. Es la expresión que establece que el medio está neutro. [H- ]> [OH-] [H+]= [OH-] [H+]< [OH-] [H+]= 1x10-6 9. Es el valor de pH, que nos indica que el medio está alcalino. 3 5 7 9 10. Si en tu casa se presentó el hecho de que los frijoles que se pusieron a cocinar, por descuido se dejaron a la intemperie y se acedaron, ¿qué sustancia le agregarás para no perderlos? Vinagre. Polvo para hornear. Bicarbonato de sodio. Leche en polvo. 11. Una solución hecha a base de amonio tiene valores de pH= 10, este tipo de solución se recomienda aplicar en el lugar donde se acaba de recibir la picadura de una abeja, esto se debe a que en el veneno de abeja están presentes: Proteínas Ácidos Bases Sales 12. En la neutralización cada protón que cede el ácido, deberá ser aceptado por la base, esto quiere decir que si se necesita neutralizar una mol de H2SO4, ¿Cuántas moles se requieren de NaOH? 0.5 1.0 1.5 2.0 38 Reacciones ácido - base 13. Si se prepara una solución de HCl 0.001 M y suponiendo que su disociación es al 100%, ¿Cuál será el valor de pH para esta solución? 1 2 3 4 14. La titulación de una muestra de 50 ml. de vinagre, requiere 42.6 ml. de NaOH 0.95N. ¿Cuál será la concentración del ácido presente en el vinagre (ácido acético)? 0.80N. 0.85N. 0.90N. 0.95N. ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 8 a 9 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que repases los temas. Consulta las claves de respuestas en la página 109. ¾ Si contestaste correctamente 7 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. 39 Temas Selectos de Química II 40 Reacciones ácido - base EJERCICIOS DE REFORZAMIENTO Nombre _________________________________________________________ Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ INSTRUCCIONES: Realiza lo siguiente: Ejercicios de Reforzamiento 1 1. ¿Cómo puedes identificar de un listado de fórmulas, a los ácidos? 2. ¿En el laboratorio cómo puedes saber que un líquido cristalino es un ácido? 3. ¿Qué produce la neutralización de un ácido con una base? 4. Si cierta cantidad de ácido se agrega a una base y llega al punto de equivalencia ¿cuál es el pH resultante? 5. ¿Qué sustancia se desprende cuando le agregan a un ácido los metales Al, Zn o Fe? Ejercicios de Reforzamiento 2 1. Durante la titulación de una solución de hidróxido de sodio 0.125 N, se gastaron 28.50 ml de solución de ácido sulfúrico 0.155 N para neutralizar el hidróxido de sodio en reacciones en las que se reemplazaron ambos iones de hidrógeno. Calcule la cantidad de mililitros de solución de hidróxido de sodio que se gastaron en la reacción. 2. Durante la titulación de 24.50 ml de una solución de hidróxido de potasio de concentración desconocida, se gastaron 35.70 ml de ácido sulfúrico 0.110 N para neutralizar el hidróxido de potasio en reacciones en las cuales reaccionaron los dos iones hidrógeno del ácido sulfúrico. Calcule: a) La normalidad y b) La molaridad de la solución de hidróxido de potasio. Ejercicios de Reforzamiento 3 Investiga sustancias caseras, líquidos corporales, bebidas, y clasifícalas en ácidas, básicas y neutras. Ejercicios de Reforzamiento 4 Investiga cómo están constituidos los amortiguadores biológicos y cuál es su función en los seres vivos. 41 Temas Selectos de Química II 42 Unidad 2 Reacciones de óxido – reducción. Objetivos El alumno: FOTOSÍNTESIS Demostrará las reacciones de oxidación y reducción de la materia a partir de la descripción de reacciones donde existen intercambios electrónicos, mediante la explicación del comportamiento de éstas en algunos procesos del mundo que le rodea, mostrando una postura crítica y reflexiva ante su repercusión en el ambiente y la sociedad. Organizador anticipado: ¿Sabías que? El proceso oxido – reducción es una reacción química que sin el no podrían funcionar las pilas o baterías, así como en el cromado de rines para autos. La respiración proceso fundamental para la vida de los organismos superiores es otro ejemplo de este proceso de 0xido – reducción. Temario: ¾ ¾ ¾ Reacciones de oxidación reducción y su realización en: Pilas Electrólisis Temas Selectos de Química II Mapa Conceptual de Unidad REACCIONES DE OXIDO- REDUCCIÓN Explica es PILAS ELECTRICAS utilizando SERIE ELECTROMOTRIZ 44 ELECTRÓLISIS ESTRUCTURAS DE LEWIS permite interpre tar la explica CORROSION BALANCEO PROCESO SIMULTANEO un elem ento otro elemento GANA ELECTRONES PIERDE ELECTRONES Reacciones de óxido –reducción Evaluación Diagnóstica: Antes de iniciar esta unidad elabora, con los siguientes conceptos, un mapa conceptual y muéstralo a tu profesor cuando te lo solicite. Oxidación, reducción, reacción química, ley de la conservación de la materia, electrolito, celda electroquímica, electrólisis, pila seca, alcalina, recargables, cromado, plateado. 2.1. REACCIONES DE OXIDACIÓN - REDUCCIÓN Y SU REALIZACIÓN EN: EL AMBIENTE, LOS SERES VIVOS, LA INDUSTRIA. Podemos definir las reacciones de oxidación-reducción (redox) como aquellas reacciones en la que hay transferencia de electrones. La oxidación, que alguna vez mencionamos sólo para reacciones con el oxígeno, ahora la definiremos como cualquier reacción química en el cual una sustancia pierde electrones. La reducción es una reacción química en el cual una sustancia gana electrones. Sin embargo, cuando en una reacción química una sustancia se oxida, pierde electrones, y la sustancia que los gana se reduce. La sustancia que se oxida se llama agente reductor por que produce una reducción en otra sustancia. La sustancia que se va a reducir se llama agente oxidante por que produce la oxidación en otra sustancia. Definir la óxido-reducción más allá de lo expresado en la sección anterior requiere el concepto de número de oxidación. Los números de oxidación son un invento o, mejor dicho, una conversión de los químicos. Se trata de un número entero que se asigna a cada elemento presente en un compuesto, con la idea de comparar su ambiente electrónico con el del mismo elemento en estado libre. Antes de presentar su definición a través de un conjunto de reglas, analizaremos algunos ejemplos sencillos. Los números de oxidación de cada elemento en un compuesto son números positivos y negativos, asignados mediante el siguiente procedimiento: 1. Se escribe la estructura de Lewis del compuesto en cuestión. 2. Los electrones de cada enlace químico se asignan al núcleo mas electronegativo de los que se forma el enlace. (para ellos hay que consultar la tabla de electronegatividades de Pauling). 3. Si existen uniones de un elemento consigo mismo, los electrones de enlace se dividen equitativamente entre los átomos. 4. Se cuentan los electrones asignados a cada átomo, N asig* 5. El número de oxidación se obtiene restando N asig* al número de electrones de valencia del elemento, N val* N ox* = N val - N asig 45 Temas Selectos de Química II Algunos ejemplos ayudarán a aclarar el procedimiento. a) Agua, H2O. La ilustración 1 muestra los pasos que se deben seguir en el caso del agua. .. H :O: H Números de oxidación del H y el O en el agua(a). Estructura de Lewis (b). Asignación de electrones de acuerdo con la electronegatividad (c). Números de oxidación. .. (a) .. :O: H H .. (b) 1+ H 2- 1- O H (c) Ilustración 1 La figura (a) muestra la estructura de Lewis. Como el oxígeno es mas electronegativo que el hidrógeno los electrones de cada enlace O-H se asignan al oxígeno. En la figura (b) se han separado un poco los átomos, con los electrones que se les han asignado. El oxígeno tiene N asig = 8 electrones, y para el hidrógeno N asig = 0. Como el oxígeno posee seis electrones de valencia(N val =6) y el hidrógeno uno ((N val =1) sus números de oxidación son: En el agua: Oxígeno: N ox = 6-8 = 2Hidrógeno: N ox =1-0 = 1+ TAREA 1 Página 57. Por convención internacional, se acostumbra colocar el signo después del digito, como se muestra en la figura (c). Como ves, la suma de tres números de oxidación es cero (-2+1+1=0), lo cual solo verifica que asignar los electrones a uno u otro átomo de un enlace no modifica el número total de electrones disponibles. En todo compuesto eléctricamente neutro, la suma de los números de oxidación de los elementos que lo constituyen es cero. Reglas para asignar los números de oxidación. 46 Regla. Ejemplo. 1. El número de oxidación de cualquier elemento sin combinar es cero. 2. El número de oxidación de cualquier átomo es igual a su carga. 3. El número de oxidación del hidrógeno siempre es 1+, excepto en los hidrocarburos metálicos, donde es -1. 4. El número de oxidación del oxígeno es siempre 2- excepto en los peróxidos, donde es 1-.Otra excepción se presenta en los compuestos con F. 5. La suma de los números de oxidación de todos los elementos de un compuesto debe ser cero y en un Ion debe ser igual a la carga del mismo. 6. En las combinaciones binarias o ternarias entre metales y no metales, el metal tiene número de oxidación positivo y, por lo general, igual al grupo de la tabla periódica al que pertenece (si pasa del grupo 10, se le resta 10). H2, O2, K, Cu, Ar. Ion de bromuro Br, N OX =1CH4, hidrógeno Nox =1+ NaH, hidrógeno Nox =1H2O, oxígeno Nox =2H2O, oxígeno Nox es 1-. H2O, 2(+1) + 1 (-2) = 0 CO3²-, 1(+4) + 3(-2) = -2 NaF, Nox del Na=+1,Nox del F=1+ MgS, Nox del Mg=2+, Nox del S=2 Reacciones de óxido –reducción Para la siguiente reacción: H2+1O−2 + H +1N −5O3−2 → S 0 + N +2O−2 + H2+1O−2 TAREA 2 El elemento Azúfre (S) se oxida pierde 2e- pasa de -2 a 0 El elemento Nitrógeno (N) se reduce ganó 3e- pasa de +5 a +2 OXIDACIÓN Página 59. -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 REDUCCIÓN Identifica las siguientes reacciones al elemento que se oxida y se reduce, así como las cantidad de e- ganados y perdidos Zn + S ZnS Oxidado Reducido Ag + HNO3 AgNO3 +NO +H2O Oxidado Reducido CuO + NH3 N2 + Cu +H2O Oxidado Reducido Zn + CuSO4 Zn SO4 + Cu Oxidado Reducido Se han usado diversos métodos para balancear las ecuaciones redox iónicas, entre ellos con ligeras modificaciones, el método de número de oxidación que se descubrió para ecuaciones moleculares. Sin embargo, quizá el método más popular sea el de Ion-electrón. Método del ion - electrón Este método se aplica cuando en una reacción química el oxidante o el reductor van formando parte de iones que contienen oxígeno. En la igualación de una reacción por este método se distinguen algunas etapas o pasos sucesivos. Estos pasos se ilustrarán igualando una semirreacción en ambiente ácido y, otra, en ambiente alcalino. EJERCICIO 1 TAREA 3 Página 61. Ejemplo 1: Balancear la siguiente semirreacción en ambiente ácido: Cr2 O -27 ' Cr +3 1º. Se iguala el número de átomos distinto al oxígeno. Cr2 O-27 ' 2 Cr +3 2º. Se iguala el número de átomos de oxígeno, agregando moléculas de agua en el lado con menor cantidad de átomos de oxígeno, en cantidad igual a la diferencia. Cr2 O-27 ' 2 Cr +3 + 7 H2O 47 Temas Selectos de Química II 3º. Los átomos de hidrógeno se igualan con iones hidrógeno, anotados en el lado opuesto donde se anotaron las moléculas de agua, tantos como sean necesarios. En esta etapa, la semirreacción está químicamente igualada. Cr2 O-27 + 14 H + ' 2 Cr +3 + 7 H2O 4º. Para igualar eléctricamente, la semirreacción, se anota al lado del Ion hidrógeno el número de electrones que sean necesarios. Cr2 O-27 + 14 H + + 6e- ' 2 Cr +3 + 7 H2O Ejemplo 2: Igualar la semirreacción en ambiente alcalino: ClO- ' ClO 3− 1º. Se iguala el número de átomos diferente al oxígeno. ClO- ' ClO 3− 2º. Se agregan moléculas de agua en el lado con mayor cantidad de átomos de oxígeno, en cantidad igual a la diferencia. ClO- ' ClO 3− + 2 H2O 3º. Los átomos de hidrógeno y oxígeno se igualan con iones hidroxilos, anotados en el lado opuesto a las moléculas de agua. En esta etapa la semirreacción está químicamente igualada. ClO- + 4 OH- ' ClO 3− + 2 H2O 4º. Para igualar eléctricamente, la semirreacción, se anota al lado de las moléculas de agua el número de electrones que sean necesarios. ClO- + 4 OH- ' ClO 3− + 2 H2O + 4e EJERCICIO 2 Balancea estas ecuaciones con el método de Ion – electrón a) I - + NO2b) Cl2 + IO3 I2 + NO (solución ácida) IO4- + Cl- (solución básica) TAREA 4 La oxidación – reducción en los seres vivos Página 63. En biología molecular, los procesos redox tienen una gran importancia, ya que están involucrados en la cadena de reacciones químicas de la fotosíntesis y de la respiración (a nivel molecular), dos procesos fundamentales para la vida de los organismos superiores. La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azúfre, además de carbono, para formar materia viva. 48 Reacciones de óxido –reducción La radiación luminosa llega a la tierra en forma de "pequeños paquetes", conocidos como cuantos o fotones. Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia la clorofila, carotenos y xantofilas. Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química.. TAREA 5 Página 65. La oxidación-Reducción en la industria La oxidación-Reducción es un proceso químico con infinidad de aplicaciones; en la fotografía, las películas (rollos), contienen una sustancia química muy sensible: El Bromuro de plata, el cual reacciona con la luz cuando se dispara la cámara. La reacción es la siguiente: +1 -1 AgBr 0 0 Ag + Br En esta reacción ocurre una transferencia de electrones en donde el Ión Bromuro (-1) se oxida produciendo un electrón y el Ión plata (+1) los gana, ya que se reduce. El resultado es en el rollo fotográfico quedando oscuro donde le llegó más luz e incoloro donde no llegó, a este se llama negativo La reacción metálica: forma parte de obtener metales a partir de minerales. – La mayoría de los metales se encuentran oxidados en forma de minerales como óxidos, carbonatos, sulfatos, etc. – Para obtener el metal del mineral donde se encuentra es necesario pasarlo del estado oxidado a su forma metálica, es decir hay que reducirlo. Veamos el siguiente ejemplo del hierro; para extraerlo se utiliza la hematina, un óxido Férrico (Fe2O3). En el alto horno las reacciones son: 2C + O2 2CO +3 -2 + 2-2 Fe2O3 + CO 0 +4-2 2Fe + CO2 Se observa cómo el hierro disminuye su estado de oxidación, es decir, se reduce. TAREA 6 Para obtener otros metales como el plomo, sigue un proceso de reducción similar al del hierro. Página 67. 49 Temas Selectos de Química II EJERCICIO 3 Obtención de un metal en el laboratorio – Intégrate en equipos de trabajo y efectúa la siguiente actividad experimental. A. Verter en un vaso de 100 ml. aproximadamente 60 ml. de nitrato de plata, proporcionado por tu profesor. B. Introduce una lamina de cobre de aproximadamente tres pulgadas de longitud. C. Deja que transcurran unos minutos y contesta las siguientes preguntas Escribe la ecuación de la reacción. Anota los números de oxidación a todos los elementos. ¿Qué metal se obtiene en la reacción? ¿Qué tiempo duró la reacción? ¿Qué elemento se oxidó? ¿Qué elemento se reduce? ¿A qué se debe el cambio en la coloración en la solución? 2.2. PILAS. Cuando una bobina de alambre de cobre se introduce en una solución de nitrato de plata, los iconos de plata son reducidos por el metal cobre y se depositan como plata metálica, formando cristales. La solución de nitrato de plata no tiene color, los átomos de cobre que se dicen que se han oxidado al ion cobre (II), le dan color celeste a la solución. TAREA 7 Historia de las pilas de Luís Galvani (1737-1793) cuando realizaba experimentos con ancas de ranas observó la existencia de electricidad animal y erróneamente menciono que era movida por tejido muscular. Posteriormente, Alejandro Volta descubrió que no fue electricidad animal la que causó las contracciones de las ancas de rana, sino la reacción química entre el barandal y el metal de gancho donde colocaban las ancas de rana. En un experimento Volta colocó dos piezas circulares de plata y zinc, entre ellas un trozo de tela humana con una disolución salina (electrolito), al tocar las dos mitades con alambre se produce la corriente eléctrica y es así como se inicia la pila eléctrica de volta. Mas tarde en 1836, Juan Federico Daniell, Químico inglés, logró constituir una pila humana, usada en la telegrafía, y en 1867, el francés G. Leclanche inventó la pila seca. Utilizado hasta la fecha. En la actualidad, existe una gran variedad de pilas y baterías con diferentes usos A continuación conoceremos la estructura de la pila de Daniell y su funcionamiento Página 69. 50 Reacciones de óxido –reducción Observa el dibujo y contesta las siguientes preguntas con ayuda de tu profesor http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/10/imgs/f37P67.g if ¿Qué se produce en la pila? ¿De dónde se genera y hacia dónde se va la corriente de electrones? ¿Qué electrodos se usan? ¿Cuál es el cátodo? ¿Cuál es el ánodo? ¿Por qué ambos metales no pueden ser usados como ánodo? Serie de actividad de los metales: Para conocer qué metales pueden usarse como ánodo y cátodo es importante conocer la facilidad para oxidarse Facilidad de oxidación Au, Pt, Hg, Ag, Cu, Pb, Ni, Fe, Cr, Zn, Mn, Al, Mg, Na, Ca, K Li 51 Temas Selectos de Química II EJERCICIO 4 ¡Ahora! A construir una pila en el laboratorio Procedimiento: 1. En dos vasos de precipitado, coloca en cada uno soluciones de sulfato de magnesio y sulfato de cobre II 2. Llena un pequeño tubo con una solución salina (NaCl), tapa los extremos con algodón e introdúcelos en ambas soluciones 3. Introduce una tira de magnesio en la solución de MgSO4 y una lámina de cobre en la solución de CuSO4 4. Conecta ambos electrodos con alambre que tengan pinzas de caimán y sujeta los metales, únelas a un voltímetro 5. Experimenta conectando los cables a un pequeño reloj que utiliza una pila de 1.5 Volts Contesta las siguientes preguntas y elabora un reporte según te lo indique tu profesor. ¿En qué electrodo se da la oxidación? ¿En qué electrodo ocurre la reducción? ¿Desde qué metal y hacia donde circula la electricidad? Escribe la reacción que ocurre en el magnesio Escribe la reacción que ocurre en el cobre ¿Qué voltaje produce el experimento? Pilas secas o pila de leclanche: Las pilas secas son dispositivos utilizados para generar electricidad por un proceso REDOX, mediante las sustancias químicas colocadas en su interior. Las pilas secas tienen una mezcla de sustancias alrededor de un electrodo de carbono, cuando las sustancias se agotan, la pila ya no es útil. Es importante no arrojarlas a la basura para no contaminar el medio ambiente. Las más contaminantes son las de Mercurio. Las reacciones que ocurren en una pila seca son: 2MnO2+2NH4+1 + (+2e) Cátodo (Oxidación). Mn2O3 + 2NH3 + H2O Zn0 Zn+2+2eÁnodo (reducción) Los elementos que conforman a una pila seca común son: una pasta húmeda de MnO2, NH4Cl y ZnCl2 lo envuelven en un recipiente de zinc que es el ánodo. El cátodo es un cilindro de carbón, el cual no interviene directamente en la reacción, sirve como superficie para que la reacción de reducciones se efectúe. Las baterías alcalinas contienen KOH en lugar de NH4Cl y esta sustancia proporciona voltaje en más tiempo. 52 Reacciones de óxido –reducción Pila de autos o acumulador. http://html.rincondelvago.com/files/8/4/2/000368424.png Es una pila recargable compuesta por seis o más celdas que están conectadas en serie, cada una produce 2 Volts de potencial por lo cual da un voltaje total de 12v. El cátodo (-) es de PbO2 Inmerso en malla metálica y el ánodo es de plomo (+), la solución electrolítica el H2SO4 al 38% en masa. Las semireacciones son las siguientes: PbO2 + 4H(ac) + SO4-2 (ac) +6 2eCátodo (reducción) Pb(s) + SO4-2(ac) -2eÁnodo (Oxidación) PbSO2 + 2H20(l) PbSO4(S) El acumulador se descarga al encender el motor, es el momento en que funciona como una pila, y este se recarga cuando el motor está encendido, ahí es cuando funciona como celda electrolítica. Recarga del acumulador. +2 PbSO4 + 2e +2 PbSO4 + 2H2O – 2 e- Pb0 + SO4-2 (Reducción) Cátodo +4 -2 PbO2 + SO4 + 4H + (Oxidación) Ánodo. 53 Temas Selectos de Química II 2.3. ELECTRÓLISIS. La electrólisis es el proceso en donde la corriente eléctrica produce un cambio químico y el dispositivo donde ocurre se llama celda electrolítica. La celda electrolítica consta de dos electrodos conectados a una fuente de corriente directa que puede ser una pila o batería, en donde los electrodos quedan inmersos a en un electrolito. La pila actúa como un generador de electrones que los mueve de un electrodo a otro. El ánodo pierde electrones y queda con carga positiva, estos se los envía al cátodo que al recibirlos queda con carga negativa. Observa la siguiente celda electrolítica: CATODO ANODO Solución de AgNO3 http://ricardi.webcindario.com/img/elis1.jpg - Notarás que el material del ánodo es de la misma naturaleza que el catión (+) del electrolito. Esta semejanza permite que durante la electrolisis el material del ánodo no sólo transfiera e- a la pila sino también participe en el proceso de oxidación. 54 Reacciones de óxido –reducción Al pasar la corriente eléctrica ocurren dos reacciones: Ánodo: Ag0 - e(Oxidación). Cátodo: Ag + e(Reduccion). Ag+ Ag0 Procesos electrolíticos importantes. Las celdas electrostáticas son utilizadas para recubrir un objeto con un metal; por medio del proceso de electrodeposición es posible recubrir un objeto con oro, plata, cromo, etc. Electro deposición: Para efectuar este proceso se requiere: - Un trozo de un metal para recubrir (ánodo). El objeto que se desea cubrir (cátodo), si es mal conductor se recubre con grafito para que conduzca la electricidad. Un electrolito que contenga el Ion del metal utilizado para recubrir. Una pila o batería. La electro deposición de utiliza para bañar de oro o plata piezas de cobre o estaño, mejorando con ello su aspecto y duración. Galvanizado: Para proteger láminas de acero u otros objetos de la corrosión, se recubren por electrodeposición con una capa de zinc. Anodizado: Es el proceso que permite proteger la superficie del metal aluminio, oxidándolo. El óxido del aluminio no se desprende y lo protegen para oxidaciones interiores la mayoría de los utensilios de aluminio están anodizados. Corrosión: Si la corrosión es la oxidación de un metal, entonces el oxígeno es un agente corrosivo muy importante. En el caso del hierro es necesario ácido para convertirlo en herrumbre (Fe2 O3). La corrosión es un problema serio. En grandes ciudades se observa fácilmente la corrosión en las construcciones, automóviles, láminas descubiertas, partes metálicas de herrería sin pintar. etc. La corrosión en un medio acuoso y es más fácil que ocurra en algunos metales que en otros. Cuando un metal se oxida fácilmente como el magnesio o zinc, esto ocurre porque los metales mencionados tienden a ceder iones a la solución con más facilidad. Protección catódica: 55 Temas Selectos de Química II Algunas medidas tendientes a evitar la corrosión en los metales que tú conoces son: ¡Ojo! Recuerda que debes resolver la autoevaluación y los ejercicios de reforzamiento; esto te ayudará a enriquecer los temas vistos en clase. 56 - - Aplicación de pintura esmaltada o de aceite. Revestimiento exterior con otro metal difícil de oxidar. La protección catódica, la cual consiste en unir al metal que se desea proteger un trozo de otro metal más fácil de oxidar. (Esto cuando el metal esta bajo tierra). En estructuras de subterráneo se utiliza en el magnesio, ya que es más fácil de oxidar. Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 1 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Asigna un número de oxidación a cada elemento de los siguientes a) NaCl b) MgO c) NaNO3 compuestos: d) NH4+ En todos estos casos debes dibujar las estructuras de Lewis para las especies. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 57 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 58 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 2 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Ejercita la asignación de números de oxidación con los elementos de los siguientes compuestos: a) NH3 b) Na3PO4 c) Al(ClO3)3 d) P2O5 e) CrO3 F) CrO42g) PO2h) WO42- ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 59 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 60 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 3 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Balancee las siguientes ecuaciones de oxidación – reducción utilizando el método del número de oxidación, e indica las sustancias que se oxidan y las que se reducen, así como el agente oxidante y el agente reductor. a) HNO3 + HI b) KIO4 + KI + HCl c) I2O5 + CO d) HNO3 + I2 e) Zn + Cr2O72- + H+ NO + I2 + H2O KCl + I2 + H2O I2 + CO2 NO2+ H2O + HIO3 Zn2+ + Cr3+ + H2O ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 61 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 62 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 4 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Balancee las siguientes ecuaciones de oxidación – reducción utilizando el método del Ion electrón, e indica las sustancias que se oxidan y las que se reducen, así como el agente oxidante y el agente reductor. a) Sn2+ + IO3- b) AsO2- + MnO4 c) S2- + NO3 - en solución ácida en solución ácida MnO4- + Bi3+ en solución ácida e) Fe + NO3- Fe3+ + NO ClO3- + Cl- g) AsO43- + Ih) MnO4- + ClO2i) Zn + NO3- en solución ácida AsO3 - + Mn2+ S + NO d) Mn2+ + BiO3- f) Cl2 Sn4+ + I- en solución ácida en solución alcalina AsO33- + I2 en solución alcalina MnO2 + ClO4Zn2+ + NH3 en solución alcalina en solución alcalina ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 63 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 64 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 5 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Elabora un listado de materiales de uso común en la casa que contengan sustancias que, a su vez, sean buenos oxidantes o reductores. Materiales oxidantes reductores ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 65 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 66 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 6 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Investiga de qué minerales se obtienen los distintos metales y mediante qué procesos. Representándolos mediante un esquema. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 67 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 68 Reacciones de óxido –reducción Nombre ____________________________________________________________ TAREA 7 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Realiza una búsqueda en Internet sobre cómo se relacionan las reacciones redox con los siguientes personajes: ALEJANDRO VOLTA MICHAEL FARADAY GASTON PLANTE LUIGI GALVANI GEORGE LECLANCHE ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 69 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 70 Reacciones de óxido –reducción Nombre _________________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos, rellenando el círculo de la opción que consideres correcta. 1. Cuando un elemento pierde electrones experimenta: Una desintegración. Una oxidación. Una reduccion. Una neutralización. 2. Cuando un elemento se reduce se dice que: Aumenta su valencia o número de oxidación. Siempre queda neutro. Disminuye su número de oxidación. Siempre es positivo. 3. En la reacción: Zn+CaSO4 ZnCO4 + Cu el elemento que se reduce es: Zinc Cobre. Azufre Oxígeno. 4. En una pila es el electrodo positivo. Ánodo. Cátodo Catión Anion. 5- Es la sustancia que contiene una pila del tipo alcalino. NH4Cl. Zn. MnO2 KOH. 6. Es el elemento que se oxida con más facilidad. Mg Zn Cu. Pt. 71 Temas Selectos de Química II 7. Proceso utiizado para obtener un metal como el plomo, de un mineral. Oxidación. Sublimación. Reducción. Fusión. 8. Proceso mediante el cual la electricidad produce un cambio químico. Catálisis. Neutralización. Dopación. Electrolisis. 9. Es el elemento apreciado para las pilas, ya que genera más electricidad por cantidad masa. Li. Mg. Zn. Cu. 10. Es un elemento que no puede usarse como metal de sacrificio para proteger al hierro de la oxidación Mg. Zn. Al. Ni. ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 8 a 9 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que repases los temas. ¾ Si contestaste correctamente 7 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. 72 Consulta las claves de respuestas en la página 109. Reacciones de óxido –reducción EJERCICIOS DE REFORZAMIENTO Nombre _________________________________________________________ Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ Ejercicio 1 INSTRUCCIONES: Investiga con qué otros elementos puedes construir una pila (celda electroquímica) , diferente a lo que se te explicó en el curso. Ejercicio 2 INSTRUCCIONES: Realiza una investigación bibliográfica o en Internet sobre los tipos de pilas que usan los relojes y calculadoras, así como de qué están constituidas. Ejercicio 3 INSTRUCCIONES: Investiga la constitución de un pila recargable y cómo funciona. Ejercicio 4 INSTRUCCIONES: Investiga la razón por la cual la corrosión aumenta en presencia de sales (cerca del mar o en aquellos países fríos que agregan sal a las carreteras para evitar la formación de hielo). 73 Temas Selectos de Química II 74 Unidad 3 La Química de la vida: Bioquímica. Objetivos: El alumno: http://profeblog.es/blog/joseluis/category/contenios/evolucion/ Organizador anticipado: ¿Sabías que? Los carbohidratos abarcan sustancias muy conocidas y al mismo tiempo, bastante disímiles; azúcar común, papel, madera, algodón, son carbohidratos o están presentes en ello en una alta proporción, y que la función primordial de la proteína es producir tejido corporal. Sin proteínas tus órganos, pelo, uñas, sistema inmunológico y el resto del cuerpo no podrían sobrevivir y que los lípidos pueden ser nuestros aliados o uno de los principales enemigos para la salud. Argumentará la importancia biológica de las biomoléculas, a partir del conocimiento de su estructura química, mediante el reconocimiento del papel que desempeñan en los procesos vitales, mostrando una actitud crítica y de compromiso hacia el cuidado de su entorno social y ambiental. Temario: ¾ Carbohidratos. ¾ Lípidos. ¾ Proteínas. Temas Selectos de Química II Mapa Conceptual de Unidad QUIMICA DE LA VIDA CARBOHIDRATOS PROTEÍNAS LÍPIDOS ESTRUCTURA CLASIFICACIÓN FUNCIÓN BIOLÓGICA METABOLISMO 76 La química de la vida: Bioquímica Evaluación Diagnóstica: Completa el siguiente cuadro, recordando las fórmulas de los grupos funcionales de los compuestos orgánicos, y su relación con las biomoléculas. Grupo funcional Fórmula Biomolécula Carbohidratos, lípidos y proteínas. Alcohol Carbohidratos Aldehído Carbohidratos y lípidos Cetona Lípidos y proteínas Ácidos carboxílicos Lípidos Esteres Proteínas Amina Proteínas Amida 3.1. CARBOHIDRATOS. El término carbohidrato en cierta forma es inadecuada ya que literalmente quieres decir hidrato de carbono, lo cual resulta por el hecho de que estos compuestos tienen la misma relación de átomos de hidrógeno y oxígeno que el agua (2:1); por ejemplo, la fórmula molecular de la glucosa es C6 H120 6 que pudiera indicarse C6 (H2O)6 y dar la idea de un hidrato de carbono, pero todo esto nada tiene que ver con el comportamiento químico de estas sustancias conocidas como carbohidratos. Los carbohidratos son llamados también glúcidos o azucares porque algunos tienen sabor dulce. 3.1.1. Estructura. Los carbohidratos son derivados aldehídicos o cetónicos de los alcoholes polivalentes, ejemplo, los monosacáridos más comunes son: Glucosa Galactosa Fructosa Figura 3.1 Monosacáridos 77 Temas Selectos de Química II Los monosacáridos se unen, para formar, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, a través de un enlace glucosídico, que se realiza entre el grupo hidroxilo del monosacárido 1 y el carbono anomérico del monosacárido 2, deshidratándose ambos, al formar una molécula de agua. (Fig. 3.2) Glucosa Fructosa Glucosa-∞ (1-2)-Fructosa Sacarosa Figura 3.2 Formación de una molécula de sacarosa EJERCICIO 1 Realiza la formación de los disacáridos maltosa y lactosa, mediante la unión de los monosacáridos correspondientes, señalando la formación del enlace glucosídico. Maltosa: (α- glucosas + α- glucosas con un enlace α-1,4–glucosídicos) Lactosa: (β- galactosa + α- glucosas con un enlaces β-1,4 -glucosídico) Polisacáridos Los polisacáridos, son carbohidratos formados por la unión de varias moléculas de monosacáridos, para ello, utilizan enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, el cual depende del número de unidades de monosacáridos que participen en su estructura, los mas importantes son: El almidón, el glucógeno y la celulosa. Estructura del almidón Esta molécula de polisacárido está formada por dos fracciones llamadas: amilosa que representa del 15 al 20% de la estructura y la amilopectina que constituye el restante 80 a 85%. La estructura de la amilosa está formada por una secuencia lineal de α– glucosas, las cuales se unen entre sí a través de enlaces α-1,4–glucosídicos y se representa de la siguiente manera: 78 La química de la vida: Bioquímica Figura 3.3 Molécula de amilosa Esta fracción del almidón es soluble en agua y tiene un peso molecular que varía de los 150,000 a los 600,000, lo cual indica que debe tener de 1000 a 4000 unidades de α-glucosas unidas. La hidrólisis de la amilosa origina moléculas de maltosa y moléculas de α-glucosas. La amilopectina es la segunda fracción del almidón, es una cadena ramificada y está formada por muchas cadenas cortas de unas 20 a 25 unidades de αglucosas. Un extremo de cada una de estas cadenas, se une a la siguiente unidad mediante un enlace α-1,6-glucosídico, formando ramificaciones. Esto se puede representar de la siguiente manera: Figura 3.4 Molécula de amilopectina Esta fracción del almidón es insoluble en agua; de acuerdo a los pesos moleculares que se han determinado por métodos físicos, la molécula debe tener hasta un millón de unidades de α-glucosas. La descomposición por hidrólisis origina muchas moléculas de maltosa. Estructura del glucógeno Su estructura es similar a la de amilopectina, aunque mucho más ramificada que ésta. Está formada por varias cadenas cortas que contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas, uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina. (Fig. 3.4) 79 Temas Selectos de Química II Estructura de la celulosa La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de β-glucosa a través de enlaces β-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. Su estructura se representa de la siguiente manera: Figura 3.5 Molécula de celulosa 3.1.2. Clasificación. Basándose en su complejidad molecular los carbohidratos se clasifican en tres grupos: monosacáridos, oligosacaridos y polisacáridos, como se muestra en el siguiente esquema. 80 La química de la vida: Bioquímica En equipos de 4 integrantes realiza una investigación bibliográfica de las principales características, funciones y metabolismo de los carbohidratos más comunes e integra la información recopilada en un organizador gráfico. EJERCICIO 2 3.1.3. Función biológica. Los carbohidratos están íntimamente relacionados en los procesos vitales de los organismos y sus funciones se pueden generalizar en: a) Fuente Energética Donde la glucosa representa la molécula combustible que satisface las demandas energéticas de la mayoría de los organismos. b) De reserva energética Los carbohidratos se almacenan en forma de almidón en los vegetales, ejemplo las gramíneas, leguminosas y tubérculos; también se almacena en forma de glucógeno en los animales, para después ser degradados a glucosa. c) Compuestos estructurales La celulosa es un polisacárido estructural que forma parte de las paredes celulares en procariotas y en vegetales, esto les permite soportar cambios en la presión osmótica entre los espacios intra y extracelulares. En las plantas y los árboles, la celulosa, cumple la doble función de carga y soporte, es de origen vegetal principalmente, sin embargo algunos invertebrados tienen celulosa en sus cubiertas protectoras. El polisacárido estructural en los animales es la quitina como en los insectos que es el sostén del aparato muscular. d) Moléculas Precursoras Los carbohidratos son precursores de ciertos lípidos, proteínas y dos factores vitamínicos, el ácido ascórbico (vitamina C) y el inositol. e) Señales de reconocimiento (como la matriz extracelular) Los carbohidratos intervienen en complejos procesos de reconocimiento celular, en la aglutinación, coagulación y reconocimiento de hormonas. 3.1.4. Metabolismo de carbohidratos. En forma individual y apoyándote en la figura 3.6 del metabolismo de los carbohidratos, realiza un mapa conceptual sobre la acción de enzimas en el metabolismo de carbohidratos. Presenta los resultados a tu profesor para su evaluación. EJERCICIO 3 81 Temas Selectos de Química II Metabolismo Los carbohidratos se desdoblan en el tracto digestivo hasta formar glucosa que es la fuente de energía por excelencia. Los carbohidratos proporcionan el calor y energía necesarios para realizar las actividades corporales. Cuando se ingieren en exceso se almacenan en una forma especial llamada glucógeno, en el hígado y en los músculos, aunque si los depósitos están llenos se transforman en lípidos que se almacenan en el tejido adiposo. Cuando baja el nivel de glucosa en la sangre, el glucógeno del hígado se transforma en glucosa; un gramo de carbohidratos proporciona 4 calorías. Abundan en el pan, la tortilla, las pastas, los cereales, las leguminosas, los dulces y las frutas. TAREAS 1, 2, 3, Y 4 Figura 3.6 Metabolismo de carbohidratos http://biozoot.iespana.es/degmamifer2.jpg Página 93, 95, 97 y 99. 3.2. LÍPIDOS. Los lípidos se caracterizan por que son sustancias orgánicas generalmente insolubles en agua y muy solubles en solventes orgánicos no polares. Los lípidos sirven como formas de energía de reserva, altamente concentrados y también están íntimamente ligados a la estructura de las membranas celulares y de los organelos que se encuentran en la célula. Sirven como activadores de reacciones enzimáticas dentro de la célula; como componentes de un sistema de transporte a través de las membranas, etcétera, 82 La química de la vida: Bioquímica es muy frecuente encontrarlos en muchos de los alimentos diarios tales como aceitunas, maíz, cártamo, pescado, etc. 3.2.1. Estructura. Triglicéridos Los triglicéridos son ésteres de ácidos grasos con glicerol formados mediante una reacción de condensación llamada esterificación. Una molécula de glicerol puede reaccionar hasta con tres moléculas de ácidos grasos, puesto que tiene tres grupos hidroxilo. Figura 3.7 Formación de un triglicérido http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/lipidos.htm Fosfolípidos Su estructura química esta formada por una molécula de glicerol donde dos de sus OH están eterificados con ácidos grasos (PARTE HIDROFOBICA) y el OH restante este eterificado con ácido fosfórico, el cual a la vez está unido a una base nitrogenada (PARTE HIDROSOLUBLE). Esto hace que la molécula de fosfolípido conste de dos partes opuestas la parte hidrofóbica que se puede poner en contacto con los lípidos y la parte hidrosoluble que se puede poner en contacto con sistemas acuosos. Esto permite que los fosfolipidos formen parte del intercambio entre un sistema acuoso y un sistema liposo separando y aislando así a los dos sistemas y a la vez mantenerlos unidos. Figura 3.8 Molécula del Fosfolípido http://www.infocarne.com/bovino/lipidos.asp 83 Temas Selectos de Química II Ceras. En general las ceras son una mezcla complicada de alcanos de cadena larga (con número non de átomos que carbono de fluctúa entre 25C y 35C) estos forman alcoholes de cadena larga, los cuales al eterificarse con ácidos grasos forman las ceras. CH3-(CH2 )14-C-O-(CH2)30-CH3 EJERCICIO 4 Mediante un esquema explica la formación del enlace ester en la estructura del triglicérido (fig. 3.7) y en la estructura del fosfolípido (fig. 3.8). Preséntala a tu profesor, para generar una conclusión grupal. 3.2.2. Clasificación de los lípidos. EJERCICIO 5 84 En equipos de 4 integrantes realiza una investigación bibliográficas de las principales características, funciones y metabolismo de los lípidos mas comunes e integra la información en un resumen y dala a conocer al resto del grupo. La química de la vida: Bioquímica 3.2.3. Función Biológica. Los lípidos desempeñan diferentes tipos de funciones biológicas: a) Función de reserva energética. Los triglicéridos son la principal reserva de energía de los animales ya que un gramo de grasa produce 9.4 Kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación. b) Función estructural. Los fosfolípidos, los glucolípidos y el colesterol forman las bicapas lipídicas de las membranas celulares. Los triglicéridos del tejido adiposo recubren y proporcionan consistencia a los órganos y protegen mecánicamente estructuras o son aislantes térmicos. c) Función reguladora, hormonal o de comunicación celular. Las vitaminas liposolubles son de naturaleza lipídica (terpenoides, esteroides); las hormonas esteroides regulan el metabolismo y las funciones de reproducción; los glucolípidos actúan como receptores de membrana; los eicosanoides poseen un papel destacado en la comunicación celular, inflamación, respuesta inmune, etc. d) Función relajante. Los lípidos se acumulan en el tejido adiposo formando grandes tejidos grasosos que se manifiestan en aumento de peso en caso de sedentarismo, lo que aumenta la concentración de la hormona TRL en sangre. En la neurohipófisis, esta elevada concentración de TRL estimula la hipófisis para que inhiba la secreción hormona ACTH provocando una sensación de relajamiento general del cuerpo. 3.2.4. Metabolismo de Lípidos. La digestión de los lípidos no empieza en la boca, ya que en la saliva no existen lipasas. El 90% de los lípidos son triglicéridos (TG), otros fosfolípidos (PL), otros colesterol (C) y ésteres del colesterol (EC). Hay que hidrolizarlos antes de que entren en el intestino, porque para que la enzima pueda actuar deben estar en forma de emulsión, lo que se consigue con sales biliares y movimientos peristálticos del intestino. La enzima que hidroliza los lípidos es una lipasa del intestino, segregada por el páncreas en forma de precursor inactivo llamado prolipasa. El precursor se activa en presencia de una proteína producida en la pared intestinal llamada colipasa. La lipasa digiere las grasas hidrolizando el enlace éster y liberando los ácidos grasos. Normalmente libera los que se encuentran en los extremos dando dos monoacilglicerol. Una vez dentro del intestino se vuelven a unir formando el triacilglicerol. Se han de romper para poder pasar. Una vez resintetizado va por el torrente sanguíneo a todo el organismo. Como la sangre 85 Temas Selectos de Química II es acuosa al sintetizarlos en la mucosa se unen a lípidos polares (PL, E, EC) y con proteínas (lipoproteínas). Las lipoproteínas hacen que sean solubles. Hay varios tipos según su composición, aunque la estructura es muy parecida en todas. La de la mucosa intestinal es la quilomicrón. Porcentaje de TG muy alto, hasta el 95%, con lo que son muy poco densas. Pasan a la sangre transportando TG por el sistema linfático. Una vez en la sangre son usados por 2 tipos de células, las hepáticas y los adipocitos. En la célula sólo entran los ácidos grasos, por lo que la lipoproteínlipasa los separa. Los ácidos grasos pueden ir libres por la sangre unidos a la proteína albúmina de la sangre (seroalbúmina). En el tejido adiposo los ácidos grasos se pueden almacenar en forma de TG. Estos se hidrolizan y sintetizan continuamente, por lo que cuando falta glucosa los ácidos grasos salen a la sangre y se usan como sustrato energético. Los ácidos grasos se almacenan en forma de TG que se sintetizan e hidrolizan continuamente. El hígado es un sitio muy importante de síntesis de ácidos grasos a partir de otras moléculas. EJERCICIO 6 Reúnete en equipo de 3 alumnos, y elabora un mapa conceptual sobre el metabolismo de los lípidos en tu cuaderno y en una hoja de rotafolio para que lo muestres a tus compañeros en clase, generando al final una discusión grupal. 3.3. PROTEÍNAS. Las proteínas están asociadas a los aspectos más íntimos de la vida, ya que intervienen en el mantenimiento y crecimiento de estructuras, regulación de funciones, formación de anticuerpos, protección, etc. Otras proteínas son toxicas como la toxina botulínica, toxina tetánica y algunos venenos de víboras e insectos. Todas las proteínas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno básicamente: algunas pueden tener elementos como fósforo, azufre, hierro, cobre y otros elementos. Las proteínas están formadas por subunidades llamadas aminoácidos, los aminoácidos se unen entre sí por medio de enlaces peptídico (Fig.3.10). Un enlace peptídico es un enlace covalente formado por condensación. Las proteínas son polipéptidos y los polipéptidos son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídico, en los que el grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo de su aminoácido vecino. La cadena polipeptídica que se muestra contiene solamente seis aminoácidos, pero algunas cadenas pueden contener hasta 1.000 monómeros de aminoácidos 86 La química de la vida: Bioquímica Figura 3.10 Formación del enlace peptídico http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ap12_aminoacidos_y_ proteinas.php 3.3.1. Estructura de las proteínas. Para facilitar la compresión de la estructura de las proteínas se consideran cuatros aspectos de esa estructura, yendo de lo más sencillo a lo más complicado. A estos aspectos se les llama: estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. 87 Temas Selectos de Química II Estructura primaria: Llamada también secuencia de aminoácidos, es el número y orden en que están colocados los aminoácidos en la proteína. Conocer la estructura primaria de una proteína, es conocer que aminoácidos hay y en qué orden están en esa proteína. Figura 3.11 Estructura primaria de las proteínas http://www.uib.es/facultat/ciencies/prof/josefa.donoso/campus/modulos/modulo 1/modulo1_2.htm Estructura secundaria: La estructura secundaria de una proteína, es la serie de dobleces que sufre, lo que provoca que se enrolle sobre sí misma para tomar la forma de hélice. Figura 3.12 Estructura secundaria de las proteínas http://www.cnbaforo.com.ar/showthread.php?t=14406 Estructura terciaria: Esta estructura es provocada por la posición de ciertos aminoácidos que no favorecen la continuación de la hélice, o bien la cambian de dirección, lo que trae como consecuencia una estructura muy compacta llamada globular. A las proteínas que presentan este tipo de estructura se les denomina globulares. Conocer la estructura terciaria, es conocer a la proteína en tres dimensiones, como si estuviéramos viendo una fotografía tridimensional de la misma. Algunas 88 La química de la vida: Bioquímica proteínas a las que se le conoce su estructura terciaria son las siguientes: hemoglobina, mioglobina, lisosoma, ribonucleasa, etc. Figura 3.13 Estructura terciaria de las proteínas http://www.secundaria.us.es/josromrom/proteinas/5_estructura_proteinas.htm Estructura cuaternaria: Están formadas por la unión de dos o más subunidades de proteínas globulares, denominadas monómeros. Individualmente no tienen actividad biológica pero asociadas por fuerzas electrostáticas, constituyen la especie biológicamente activa. A este tipo de proteínas oligométricas, ejemplo hemoglobina, fosforilasa, etc. Figura 3.14 Estructura cuaternaria de las proteínas http://es.geocities.com/joakinicu/apartado2h.htm 89 Temas Selectos de Química II Desnaturalización de proteínas. Bajo la acción del pH, calor, urea, sales, etc. se modifican algunas de las propiedades características de una proteína. Se define la desnaturalización como cualquier modificación que altera la estructura nativa de una proteína, dando lugar a cambios definidos en sus propieda físicas, químicas o biológicas. A nivel molecular, se puede concebir la desnaturalización como la destrucción o modificación de la estructura secundaria, terciaria y/o cuaternaria de una proteína, dando lugar a una cadena polipeptídica deformanda, como se ilustra a continuación. http://es.geocities.com/joakinicu/imagen0044.htm La conformación de una proteína basada en sus estructuras secundarias y terciarias la hace muy frágil. 90 La química de la vida: Bioquímica Las proteínas sufren un proceso conocido como desnaturalización, en la cual se altera la disposición espacial de las cadenas polipeptídicas dentro de la molécula y transformándose la estructura típica de ella, en otra más desordenada (Lehninger, 1985). Esta modificación no va acompañada por la ruptura de los enlaces peptídicos implicados en la estructura primaria (Fig. 1). Muchas moléculas proteicas sólo retienen su actividad biológica dentro de una fluctuación muy limitada de temperatura y de pH. La exposición de las proteínas globulares a pH extremos o a temperaturas muy altas les hace experimentar un cambio conocido, como ya se dijo: la desnaturalización. Los efectos de la desnaturalización son numerosos y entre ellos se. pueden destacar: 1. Descenso de la solubilidad, resultado del desbloqueo de grupos hidrófobos. 2. Alteración en la capacidad de retención de agua. 3. Pérdida de la actividad biológica (enzimas, hormonas). 4. Aumento de la sensibilidad al ataque de proteasas, debido al desbloqueo de los enlaces peptídicos correspondientes a los sitios de acción específica de las proteasas 5. Aumento de la viscosidad intrínseca. 6. Su capacidad de cristalizar. La desnaturalización puede ser reversible o irreversible, pero cuando se rompen los enlaces disúlfuros que contribuyen a la conformación de las proteínas, este proceso es normalmente irreversible. Bajo ciertas circunstancias puede ser o no reversible; esto último ocurre, generalmente cuando las condiciones de desnaturalización no han sido demasiado drásticas, ni el tiempo necesario. En algunas ocasiones el proceso de desnaturalización puede ocasionar otras estructuras diferentes a la de la proteína nativa, al establecer interreacciones y enlaces entre regiones de aminoácidos diferentes a los originales. Entre los principales agentes de desnaturalización de las proteínas se encuentran agentes físicos y agentes químicos (Leverton, R., et al.,1985). TAREA 5 Página 101. 91 Temas Selectos de Química II http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/ penacchiottii01/capitulo01/07.html ¡Ojo! Recuerda que debes resolver la http://www.fisicanet.com.ar/quimica/bioquimica/ap18_metabolismo.php autoevaluación y los http://www.fisicanet.com.ar/quimica/bioquimica/ap18_metabolismo.php ejercicios de reforzamiento; esto te ayudará a enriquecer los temas vistos en clase. 92 BIBLIOGRAFÍA La química de la vida: Bioquímica Nombre ____________________________________________________________ TAREA 1 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Realiza una investigación bibliográfica sobre glucogénesis hepática, glucogénesis en el músculo, glucogenólisis hepática, glucogenólisis muscular. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 94 La química de la vida: Bioquímica Nombre ____________________________________________________________ TAREA 2 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Investiga en qué consiste la diferencia entre carbohidratos simples y complejos. ¿Cuáles son más convenientes en la dieta? ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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Adrenalina_____________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Glucagón_____________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Insulina_______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Glucocorticoides_______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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_____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Práctica para identificar carbohidratos 1. Identificando carbohidratos Material: • Tubos de ensayo • Gradilla • Pinzas • Mechero • Pipetas • Solución de Lugol • Soluciones al 5% de almidón. Fundamento: El almidón es un polisacárido vegetal formado por dos componentes: la amilosa y la amilopectina. La primera se colorea de azul en presencia de yodo debido no a una reacción química sino a la absorción o fijación de yodo en la superficie de la molécula de amilosa, lo cual sólo ocurre en frío. Como reactivo se usa una solución denominada lugol que contiene yodo y yoduro potásico. Como los polisacáridos no tienen poder reductor, la reacción de Fehling da negativa. Técnica: 1. Colocar en un tubo de ensayo 3 m.l de la solución de almidón. 2. Añadir 3 gotas de la solución de lugol. 3. Observar y anotar los resultados. 4. Calentar suavemente en baño maría, sin que llegue a hervir, hasta que pierda el color. Enfriar el tubo de ensayo al grifo y observar cómo, a los 2-3 minutos, reaparece el color azul ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 99 Temas Selectos de Química II ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 100 La química de la vida: Bioquímica Nombre ____________________________________________________________ TAREA 5 Núm. de lista ____________ Grupo __________________ Turno ___________ Núm. de Expediente _____________________ Fecha _____________________ INSTRUCCIONES: Tomando en cuenta el siguiente fundamento, las proteínas de color blanco adquieren un color amarillo al estar en contacto con ácido nítrico, y las proteínas presentes en las carnes rojas colorean amarillo naranja al entrar en contacto con el amoniaco. Basándote en la información anterior propón una actividad experimental donde identifiques la presencia de proteínas en diferentes alimentos. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 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______________________________________________________________________________________________ Revisión: _____________________________________________________ Observaciones:________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 102 La química de la vida: Bioquímica Nombre _________________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente y responde los siguientes cuestionamientos, rellenando el círculo de la opción que consideres correcta. 1. Las enzimas son moléculas orgánicas fabricadas por las células, se encuentran en estado coloidal y forman parte del grupo: Carbohidratos. Lípidos. Proteínas. Ácidos nucleicos. 2. La amilasa salival y la amilasa pancreática, son enzimas digestivas que tienen como substrato al único polisacárido asimilable de la dieta, siendo este: Almidón Animal. Almidón vegetal. Glicógeno. Celulosa. 3. El azúcar de la leche es digerido en: La boca, donde se segrega la enzima maltasa. El estómago, por acción del ácido Clorhídrico. El duodeno, donde se libera la amilasa pancreática. El intestino por acción de la enzima lactasa. 4. Un probable mecanismo de absorción de azucares en el intestino, es el transporte activo, caracterizado por el paso de moléculas: A través de una membrana de donde hay más concentración a donde hay menos concentración. A favor de un gradiente de concentración. En contra de un gradiente con gasto de energía. A través de la membrana de menor a mayor concentración, sin gasto de energía. 5. El glucógeno es un polisacárido de gran importancia para el organismo, debido a que: Es el compuesto que usan las células para obtener energía. Es el compuesto de reserva en el que se transforma la glucosa. Estimula el movimiento peristáltico del intestino. Almacena gran cantidad de energía química en los enlaces C-C. 103 Temas Selectos de Química II 6. ¿Qué problema pudiera presentarse en el organismo si la digestión de los lípidos al igual que los carbohidratos iniciara en la boca? Dejaría de trabajar el intestino delgado. La acidez estomacal se vería aumentada. Los ácidos grasos podrían ser absorbidos en el esófago. Dejaría de producirse la bilis. 7. ¿Qué pasaría si un organismo dejara de sintetizar las lipasas? Los lípidos ingeridos no podrían ser absorbidos. El páncreas dejaría de funcionar. El organismo tendría que utilizar más energía para absorber a los lípidos. Dejaría de segregarse la bilis en el intestino. 8. Para que una persona reduzca su volumen corporal es necesario que deje de consumir carbohidratos y lípidos, esto se debe a que los carbohidratos: Dificultan la salida de los lípidos del tejido adiposo. Son almacenados en forma de grasa en el tejido adiposo. Facilitan la entrada de los lípidos al tejido adiposo. Aumentan la permeabilidad de la membrana de los adipositos. 9. Para obtener energía de los triglicéridos el organismo los hidroliza primero hasta ácidos grasos y glicerol, esto es debido a que: Al ser moléculas más pequeñas la reacción es más lenta. Al haber mayor cantidad de moléculas la reacción es más rápida. El proceso desprende la energía que el organismo requiere. EL glicerol y los ácidos grasos siguen diferentes caminos metabólicos. 10. ¿Qué sucederá, si utilizamos en nuestra dieta proteínas que contienen únicamente aminoácidos no esenciales? Se sintetizarían proteínas requeridas por la célula. No habría síntesis de proteínas requeridas. Se formaría un pool de aminoácidos. Se sintetizaría más albúmina. 11. Es la primera enzima que actúa en la digestión química. Pepsina. Quimotripsina. Carboxipeptidasas. Tripsina. 104 La química de la vida: Bioquímica 12. Tipo de enzimas que son utilizadas para hidrolizar los dipéptidos que serán absorbidos como aminoácidos libres al torrente sanguíneo. Carboxilasa. Quimotripsina. Peptidasas. Glucosidasas. 13. Es el órgano principal que se encarga de regular el metabolismo de los aminoácidos. Hígado Intestino Bilis Páncreas 14. Proceso por el cual los aminoácidos libres penetran hacia el interior de la célula para síntesis de proteínas: Pinocitosis Transporte activo Ósmosis Fagocitosis 15. Es la forma en que son almacenados en el hígado los aminoácidos glucogénicos. Polipéptidos Ácidos grasos Tripéptidos Glucógeno ESCALA DE MEDICIÓN DEL APRENDIZAJE ¾ Si todas tus respuestas fueron correctas: excelente, por lo que te invitamos a continuar con esa dedicación. ¾ Si tienes de 8 a 9 aciertos, tu aprendizaje es bueno, pero es necesario que repases los temas. Consulta las claves de respuestas en la página 109. ¾ Si contestaste correctamente 7 ó menos reactivos, tu aprendizaje es insuficiente, por lo que te recomendamos solicitar asesoría a tu profesor. 105 Temas Selectos de Química II 106 La química de la vida: Bioquímica EJERCICIO DE REFORZAMIENTO 1 Nombre _________________________________________________________ Núm. de lista ____________ Grupo ________________ Turno __________ Núm. de Expediente ___________________ Fecha ____________________ INSTRUCCIONES: Con apoyo bibliográfico efectúa las investigaciones que a continuación se te indican. Al final elabora un reporte con la información recabada y preséntala a tu profesor. 1. Menciona que relación metabólica existe entre un consumo excesivo de carbohidratos y la obesidad. 2. a) b) c) d) Define en qué consisten los siguientes cuadros patológicos: Hipoglucemia Hiperglicemia Hiperlipemia Arteriosclerosis 3. Elaboremos una lista de alimentos y objetos de uso cotidiano que contengan proteínas, sus nombres y utilidades. 4. Realiza un esquema del metabolismo intermedio del colesterol. 5. ¿Por qué se habla de proteínas de calidad? 107 Temas Selectos de Química II 108 Claves de Respuestas UNIDAD 1 UNIDAD 2 UNIDAD 3 1. C 2. B 3. D 4. C 5. B 6. B 7. C 8. B 9. D 10. B 11. A 12.C 13. A 14. B 15. D 1. B 2. C 3. B 4. A 5. D 6. A 7. C 8. D 9. A 10. D 1. C 2. B 3. D 4. C 5. B 6. B 7. C 8. B 9. D 10. B 11. A 12. C 13. A 14. B 15. D 109 Glosario ABSORCIÓN: Implica el paso de los productos finales de la digestión, junto con vitaminas, minerales, agua, entre otras, a través del aparato digestivo al torrente sanguíneo. ACUMULADOR: cualquier elemento productor de energía eléctrica basado en una/s pila/s secundarias (acumulador equivale a recargable). ADIPOCITOS: Un tipo celular derivado del fibroblasto cuya principal función es almacenar lípidos, en concreto triglicéridos y colesterol eterificado, como reserva energética. AGENTE OXIDANTE: Un oxidante es un compuesto químico que oxida a otra sustancia en reacciones electroquímicas o redox. AGENTE REDUCTOR; Sustancia que puede donar electrones a otra sustancia o disminuir los números de oxidación de la misma. ANFOTERA: Sustancias que pueden actuar como ácidos y. como bases. ÁNODO: es el electrodo en donde se produce la oxidación cuando la pila funciona como fuente de energía. ANODIZADO: es una técnica utilizada para modificar la superficie de un material. BIOELEMENTOS: son los elementos químicos que aparecen en los seres vivos. Pueden aparecer aislados o formando moléculas. BIOMOLECULAS: organismos vivos. Los compuestos orgánicos existentes en los CAROTENOS: Pigmentos de naturaleza lipídica de color amarillo anaranjado que se encuentra en ciertos vegetales, como la zanahoria o el tomate. CATODO: en el electrodo en donde se produce la reducción cuando la pila funciona como fuente de energía. CLOROFILA: Materia colorante verde contenida en las hojas, tallos tiernos, etc. de las plantas. Se encuentra localizada en los cloroplastos de las células. CROMADO: es un galvanizado, basado en la electrólisis, por medio del cual se deposita una fina capa de cromo metálico sobre objetos metálicos. CORROSIÓN: es la descompoción química de materiales de gran valor por influencias electrogalvánicas, condiciones del medio ambiente y desgaste. 110 CUANTO: Cantidad elemental de energía proporcional a la frecuencia de la radiación a la que pertenece. DESNATURALIZACIÓN: Es un cambio estructural de las proteínas o ácidos nucleicos, donde pierden su estructura nativa. DIGESTIÓN: Proceso mediante el cual los alimentos que ingerimos se descomponen en sus unidades constituyentes hasta conseguir elementos simples que seamos capaces de asimilar. ELECTROLISIS: consiste en la descomposición mediante una corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos. ELECTROLITO: es una sustancia que se descompone en iones (partículas cargadas de electricidad) cuando se disuelve en los líquidos del cuerpo o el agua, permitiendo que la energía eléctrica pase a través de ellos. ELECTRODO: Conductor que pone en comunicación los polos de un electrolito con el circuito. ELECTRODEPOSICIÓN: proceso electro-químico donde se realiza un recubrimiento (normalmente metálico) a una pieza con un sistema de ánodo y cátodo, sumergiendo dicha pieza en un baño químico y aplicando cargas eléctricas debidamente calculadas para cubrir o depositar una capa protectora o decorativa a la pieza. ELECTRONEGATIVIDAD: Una medida de fuerza de atracción que ejerce un átomo sobre los electrones de otro, en un enlace covalente. ENZIMAS: Son moléculas de proteínas que tienen la capacidad de facilitar y acelerar las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos vivos. FOTOSÍNTESIS: Combinación química que se opera en los vegetales por la acción de la luz y que permite la formación de sustancias orgánicas para nutrirse. GRUPO FUNCIONAL: átomo o grupo de ÁTOMOS unidos de manera característica y que determinan, preferentemente, las propiedades del compuesto en el que están presentes. HIDROCARBUROS: En química orgánica, familia de compuestos orgánicos que contienen carbono e hidrógeno. IÓN HIDRONIO: Es una molécula de agua que reacciona con el acido en una reacción= H20 + H(+)= H3O(+), Ion acido que participa activamente en las reacciones de cualquier naturaleza. IÓN HIDROXILO: Es un grupo que generalmente se desprende de una base inorgánica, o de un grupo alcohol, dando el grupo: OH(-), que actúa como base en las reacciones de cualquier tipo. 111 IONIZACIÓN: es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra. METABOLISMO: Conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula. NEUTRALIZACIÓN: Es una reacción entre un ácido y una base para formar sal y agua. OXIDACIÓN: es una reacción química donde un compuesto cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. PEROXIDO: son sustancias que presentan un enlace oxígeno-oxígeno y que contienen el oxígeno en estado de oxidación -1. PILAS: Se denomina pila a aquel sistema que transforma la energía producida en una reacción química, en energía eléctrica. PILA SECA: Una pila seca es la formada por células electrolíticas galvánicas con electrolitos pastosos. Una pila seca común es la pila de zinc-carbono RADIACIÓN: consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material. REDUCCIÓN: Una reacción química en la cual los electrones son ganados para reducir su valencia positiva. TITULACIÓN: Es él método para conocer la concentración de una sustancia, a partir de otra ya conocida, haciendo reaccionar las dos sustancias una con otra, haciéndola quedar neutra. TORNASOL: Materia colorante azul usada como reactivo para reconocer los ácidos que la tornan roja. VALENCIA; es el número de electrones que están siendo compartidos, recibidos o dados por un átomo en un enlace iónico o covalente VOLTAJE: Es el trabajo eléctrico que se realiza para transportar una carga entre dos puntos. 112 Bibliografía General DAUB William G.,Seese S. William. “Química”.Editorial Pearson Educación, México, Séptima edición. 1996. FLORES DE LABARDINI, Teresita y col. “Química”. Publicaciones cultural, México, Segunda reimpresión, 1994. HEIN, Morris y Arena, Susana. “Fundamentos de química”. Internacional Thompson Editores S.A: de C.V., México, Novena edición. 1997. GARRITA, Andoni y Chamizo, José Antonio. “Química”. Addison-wesley Iberoamericana, México, primera edición, 1994. SMOOT, Robert C. y Price Jack. “Química un curso moderno”. Compañía editorial Continental, S.A., México, segunda impresión de la versión en español. 1980. MORTIMER. “Química”. Grupo editorial Iberoamericana. 1983 BOYER Rodney. Conceptos de Bioquímica. Ed. Thompson Editores Internacional. Mèxico, 2000. CURTIS, Helena. Biología. 4ta.Ed. Editorial Panamericana. Argentina, 1993. MONGOMERY, R. T. Conway y A. Spector. Biouìmica, casos y textos. Quinta edición. Ed. Mosby-year Book Wolfe Publishing. España, 1993. STRYER, L. Bioquímica, Ed. Reverte, caracas, 1995. 113
