COLEGIO DE QUMICA

Grado 5 Clave 1501 Plan 96

GUA DE ESTUDIO QUMICA III

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

Autores: Rolando Barrn Ruiz Yolanda Flores Jasso Dalia Garca Herrera Lilia E. Gasca Pineda Mara Teresa Herrera Islas Mara Patricia Huerta Ruiz J. Alberto Martnez Alcaraz J. Martn Panting Magaa Raquel Velzquez Ramrez Autores del CD electrnico Leticia Oralia Cinta Madrid Maria del Carmen Herrera Bentez Martha Marn Prez Fernando Vidal Saucedo Coordinacin: E. Alba Gutirrez Rodrguez

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Escuela Nacional Preparatoria Directora General: Mtra. Silvia E. Jurado Cullar Secretario Acadmico: Bil. Alejandro Martnez Prez Diseo de portada: DCV. Cintia Amador Saloma Actualizacin de la edicin: DCG. Edgar Rafael Franco Rodrguez 3 edicin: 2012 Universidad Nacional Autnoma de Mxico Escuela Nacional Preparatoria Direccin General Adolfo Prieto 722, Col. Del Valle C. P. 03100, Mxico, D. F. Impreso en Mxico

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PRESENTACIN

La Escuela Nacional Preparatoria ha trabajado durante casi 145 aos en la formacin de jvenes llenos de ideales y metas por cumplir, con deseos de superacin y comprometidos con su pas, a quienes tenemos que guiar y conducir hacia el logro de sus xitos acadmicos, factores que reforzarn su seguridad personal.

Las herramientas que adquieran los estudiantes, durante esta etapa escolar, sern fundamentales, columna vertebral que sostenga sus estudios profesionales, con lo que el desarrollo de habilidades y actitudes se ver reflejado en su futuro prximo.

Es nuestra responsabilidad dotar a los alumnos de todos los materiales didcticos que ayuden a enfrentar los retos de adquisicin del aprendizaje, para que continen con sus estudios de manera organizada, armnica y persistente.

Por lo mismo, los profesores que integran esta dependencia universitaria, trabajan de manera colegiada; ponen toda su energa en desarrollar las Guas de estudio para aquellos alumnos que, por cualquier razn, necesitan presentar un examen final o extraordinario y requieren elementos de apoyo para aprobarlos y concluir sus estudios en la Preparatoria.

La presente Gua de estudio es un elemento didctico que facilita la enseanza y el aprendizaje. Se puede utilizar de manera autodidacta o con la ayuda de los muchos profesores que a diario brindan asesoras en cada uno de los planteles de la Escuela Nacional Preparatoria.

Continuaremos buscando ms y mejores elementos didcticos: presenciales y en lnea, con el objetivo de ayudar a nuestros alumnos a que aprueben y egresen del bachillerato.

Slo me resta desearles xito en su camino personal y profesional.

Juntos por la Escuela Nacional Preparatoria.

Mtra. Silvia E. Jurado Cullar Directora General

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PRESENTACIN DE LOS AUTORES La gua que tienes en tus manos tiene la finalidad de ayudarte a preparar el examen extraordinario de la materia de Qumica III. Esta gua fue publicada por primera vez en el ao 2005 bajo la coordinacin de la profesora Yolanda Flores Jasso, quien en ese entonces era la jefa del Departamento de Qumica. En la gua se encuentran desarrollados los contenidos de las cinco unidades del programa, las cuales son:

Unidad 1: La energa, la materia y el cambio Unidad 2: Aire, intangible pero vital Unidad 3: Agua, de dnde, para qu y de quin? Unidad 4: Corteza terrestre, fuente de materiales Unidad 5: Alimentos, combustible para la vida

En esta nueva edicin se ha tomando en cuenta la opinin de varios profesores y se han hecho

modificaciones para auxiliarte en una mejor comprensin de los temas. Las principales novedades son:

I. La gua impresa cuenta con un organizador que te permite revisar la secuencia de contenidos y la relacin entre ellos; cada unidad presenta una introduccin para que veas un panorama general de lo que trata.

II. Se acompaa con un CD, en donde podrs encontrar cinco temas desarrollados en medios electrnicos y es necesario acudir a la computadora para poder tener acceso a la informacin. Los temas son: 1. Energa 2. Tabla peridica y smbolos de Lewis 3. Disoluciones 4. Enlaces y clculos estequiomtricos 5. Requerimientos nutricionales

Estos temas pueden resultar un tanto complejos para ti, por eso se desarrollaron para que pudieras tener

una mejor comprensin de los mismos. Tanto en la gua impresa como en la digital se incluye un desarrollo breve del contenido, ejemplos

resueltos y ejercicios de autoevaluacin para que compruebes si has entendido el tema. Al final de cada unidad se encuentra la bibliografa, para que profundices en cada uno de los temas.

Se recomienda buscar asesora con un profesor para que supervise tu avance. Este material tambin

puedes utilizarlo como apoyo a tu curso normal para que repases y ejercites los temas de cada unidad. Por ltimo, la resolucin de esta gua no garantiza que apruebes el examen extraordinario, para tener xito

en l debers prepararlo con tiempo suficiente para que puedas estudiar, revisar y entender cada uno de los temas.

Cualquier comentario o sugerencia para mejorar el contenido y funcionalidad de esta gua ser muy

bienvenida en la Jefatura de Qumica.

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NDICE UNIDAD 1 ............................................................................................................................. 9 Energa motor de la humanidad .................................................................................... 10

Nocin de energa ..................................................................................................... 10 Energa potencial y cintica...................................................................................... 10 Transferencia y transformacin de la energa .......................................................... 11 Trabajo, calor y temperatura..................................................................................... 11 Ley de la conservacin de la energa ........................................................................ 12

La materia y los cambios ...................................................................................................... 12 Estados de agregacin .............................................................................................. 12 Clasificacin de la materia ....................................................................................... 13 Composicin de la materia. tomos y molculas .................................................... 14 Partculas subatmicas.............................................................................................. 14 Propiedades fsicas y cambios fsicos....................................................................... 15 Propiedades qumicas y cambios qumicos .............................................................. 15 Ley de la conservacin de la materia ....................................................................... 17 La energa y las reacciones qumicas ....................................................................... 17 El sol proveedor de energa ...................................................................................... 17

El sol, horno nuclear ............................................................................................................. 17 Radiactividad y desintegracin nuclear .................................................................... 17 Rayos alfa, beta y gamma ........................................................................................ 17 Espectro electromagntico ....................................................................................... 19 Planck, la energa y los cuantos ............................................................................... 21 Espectro del tomo de hidrgeno y teora atmica de Bohr .................................... 21 Fisin y fusin .......................................................................................................... 22 Ley de la interconversin de la materia y la energa ................................................ 22

El hombre y su demanda de energa ..................................................................................... 23 Generacin de energa elctrica ............................................................................... 23

Obtencin de energa elctrica ................................................................................. 24 Anlisis de beneficios y riesgos del consumo de energa ........................................ 24 Energas limpias ....................................................................................................... 24

UNIDAD 2 ........................................................................................................................... 29 Qu es el aire? .................................................................................................................... 31

Mezcla homognea indispensable para la vida ........................................................ 31 Composicin del aire ................................................................................................ 31

Propiedades fsicas de los gases ........................................................................................... 32 Leyes de los gases ................................................................................................................ 32

Ley de Boyle y Mariotte ........................................................................................... 33 Ley de Charles .......................................................................................................... 34 Ley de Gay Lussac ................................................................................................ 35 Ley combinada de los gases .................................................................................... 36

Teora cintica de los gases ................................................................................................. 37 Mol, masa molar, nmero de Avogadro, ley de Avogadro, volumen molar ....................... 38 El aire que inhalamos y el que exhalamos ........................................................................... 41

CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUA

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Reactividad de los componentes del aire ............................................................................ 41 Nitrgeno ................................................................................................................. 41 Oxgeno ................................................................................................................... 42 Dixido de carbono ................................................................................................. 45

Tabla peridica de los elementos ........................................................................................ 46 Propiedades peridicas de los elementos qumicos ................................................. 48

Enlace qumico, regla del octeto y smbolos de Lewis ....................................................... 50 Reacciones de combustin .................................................................................................. 52

Reacciones exotrmicas y endotrmicas ................................................................. 53 Calor de combustin ................................................................................................ 53 Energas de enlace ................................................................................................... 53

Calidad del aire ................................................................................................................... 53 Principales contaminantes y fuentes de contaminacin .......................................... 53 Partes por milln ..................................................................................................... 54 Ozono y alotropa .................................................................................................... 54 Efecto invernadero .................................................................................................. 55 Inversin trmica ..................................................................................................... 55 Las radiaciones del Sol y el esmog fotoqumico ..................................................... 56 Lluvia cida .............................................................................................................. 56 Medicin de la calidad del aire ................................................................................ 56

UNIDAD 3 ........................................................................................................................... 59 Tanta agua y nos podemos morir de sed .............................................................................. 60

Distribucin del agua en la tierra ............................................................................. 60 Calidad del agua ....................................................................................................... 61 Fuentes de contaminacin ........................................................................................ 62

Importancia del agua para la humanidad ............................................................................. 62 Agua para la agricultura, la industria y la comunidad .............................................. 62 Purificacin de agua ................................................................................................. 63

El por qu de las maravillas del agua ................................................................................... 63 Estructura y propiedades de los lquidos .................................................................. 63 Propiedades del agua ................................................................................................ 65 Composicin del agua: electrlisis y sntesis ........................................................... 67 Estructura molecular del agua .................................................................................. 67 Regulacin del clima ................................................................................................ 68 Disoluciones. Concentracin en por ciento y molar ................................................ 69 Electrolitos y no electrolitos ..................................................................................... 72 cidos, bases y pH ................................................................................................... 72 Neutralizacin y formacin de sales ........................................................................ 74

UNIDAD 4 ........................................................................................................................... 77 Minerales la clave de la civilizacin? ................................................................................ 78 Principales minerales de la Repblica Mexicana .............................................................. 79 Metales, no metales y semimetales ...................................................................................... 79 Propiedades fsicas de metales y no metales ..................................................................... 80 Propiedades qumicas ........................................................................................................ 81 Serie electromotriz ............................................................................................................ 81

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Estado slido cristalino ........................................................................................................ 82 Modelo cintico molecular ................................................................................................... 82 Enlace Metlico .................................................................................................................... 83 Enlace Inico ...................................................................................................................... 83

Propiedades fsicas promedio de las sustancias inicas .......................................... 83 Clculos estequiomtricos ............................................................................................... 84 Petrleo, un tesoro de materiales y de energa ..................................................................... 87

Importancia del petrleo para Mxico ...................................................................... 87 Hidrocarburos ........................................................................................................... 88

Alcanos, alquenos y alquinos .......................................................................................... 88 Combustiones y calor de combustin ....................................................................... 90 Refinacin del petrleo............................................................................................. 91

Fuente de materias primas ............................................................................................. 91 Alquenos y su importancia en el mundo de los plsticos .............................................. 92 La nueva imagen de los materiales ...................................................................................... 92 Cristales lquidos ........................................................................................................... 92 Semiconductores ........................................................................................................... 92 Fibras pticas ................................................................................................................. 93 Plsticos ......................................................................................................................... 93 Cermicas ...................................................................................................................... 93 Reacciones de polimerizacin para la obtencin de resinas plsticas .................................. 94 Suelo, soporte de la alimentacin ......................................................................................... 94

CHONPS en la naturaleza ........................................................................................ 95 Ciclo del carbono .......................................................................................................... 95 Ciclo del oxgeno .......................................................................................................... 96 Ciclo del nitrgeno ........................................................................................................ 97

El pH y su influencia en los cultivos ........................................................................ 98 La conservacin o destruccin de nuestro planeta ............................................................... 98 Consumismo Basura Impacto Ambiental ....................................................................... 99 Reduccin, reutilizacin y reciclaje de basura ..................................................................... 99 Responsabilidad en la conservacin del planeta .................................................................. 99 UNIDAD 5 ......................................................................................................................... 103 Elementos esenciales para la vida ...................................................................................... 104

Tragedia de la riqueza y la pobreza. Exceso y carencia de alimentos .................... 104 Sales minerales de: Na, K, Ca, P, S y Cl ................................................................ 105 Trazas de minerales: Mn, Fe, I, F, Co, Zn .............................................................. 106 Vitaminas ................................................................................................................ 106

Fuentes de energa y material estructural ........................................................................... 107 Energticos de la vida. Carbohidratos, estructura y grupos funcionales ................ 107 Almacn de energa. Lpidos, estructura y grupos funcionales .............................. 107 Protenas, estructura y grupos funcionales ............................................................. 108 Requerimientos nutricionales ................................................................................. 108

Conservacin de alimentos ................................................................................................. 108 Congelacin, calor, desecacin, salado, ahumado, edulcorado y alto vaco .......... 108 Aditivos y conservadores ....................................................................................... 109 Cuidemos los alimentos .......................................................................................... 110

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UNIDAD 1 LA MATERIA, LA ENERGIA Y LOS CAMBIOS

Propsitos de la unidad:

1. Conocer en forma terica algunos aspectos que rigen el comportamiento de la energa y de la materia.

2. Reafirmar algunos de los principales conceptos sobre la materia. 3. Adquirir algunas nociones sobre qumica nuclear. 4. Conocer la teora atmica de Bohr.

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INTRODUCCIN

La materia presenta formas distintas, las cuales poseen caractersticas que permiten distinguir unos objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que ayudan a diferenciarlos. Nuestro planeta, el Sol, las estrellas, y todo lo que el ser humano ve, toca o siente, es materia; incluso, los propios hombres, las plantas y los animales.

La energa es fundamental para la sobrevivencia de cualquier ser vivo o sociedad. Con la energa luminosa de los rayos solares, las plantas verdes aprovechan el dixido de carbono del aire, el agua y las sales minerales del suelo para elaborar sustancias que sirven de alimento al hombre y a los animales. Los seres humanos hemos aprendido su utilizacin en nuestro beneficio, por ejemplo; cuando se emplea carbn y petrleo como combustibles, la energa qumica que almacenan se transforma en calor, el que sirve para obtener otras formas de energa. Pero para ello debemos de saber cmo est constituida la materia y cmo se llevan a cabo los cambios.

Energa, motor de la humanidad

1.1.1 Nocin de energa Antiguo concepto: energa es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo. Definicin actual y ms general: energa es todo aquello que produce un cambio. 1.1.2 Energa potencial y cintica Se consideran dos tipos esenciales de energa:

1) Cintica, es debida al movimiento de los cuerpos, algunos ejemplos de ella son la energa trmica, luminosa, elctrica, sonora, mecnica, etc.

2) Potencial es debida a la posicin de un cuerpo con respecto a un nivel de referencia, dos ejemplos de ella es la energa qumica y la nuclear.

Autoevaluacin 1.1. Las manifestaciones de energa procedentes del Sol que se aprovechan en un invernadero son: A) energa elica y nuclear. B) electrones y partculas energticas. C) energa de fisin de las estrellas. D) energa luminosa y trmica. 1.2. Son tipos de energa potencial: A) elica y qumica. B) trmica y nuclear. C) qumica y nuclear. D) elica y trmica.

PARA PROFUNDIZAR EN ESTE TEMA CONSULTA EL CD ADJUNTO A ESTA GUA

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1.1.3 Transferencia y transformacin de la energa

La naturaleza efecta constantemente transformaciones de energa. A pesar de esto, slo podemos aprovechar una parte muy pequea de ella. Por ejemplo, la fotosntesis, se resume, en trminos energticos, a una transformacin de la energa luminosa (rayos del sol) en energa qumica (presente en los enlaces que unen las molculas de la glucosa formada).

En el caso del motor de un carro se produce un cambio de energa qumica (contenida en la gasolina y liberada en su combustin) en energa cintica (movimiento de los pistones).

Autoevaluacin 1.3. Los cambios de energa que se producen en una pila son de:

A) qumica en cintica. B) elctrica en trmica. C) qumica en elctrica. D) elctrica en qumica.

1.1.4 Trabajo, calor y temperatura Temperatura no es lo mismo que calor, son dos conceptos diferentes. Calor es la transmisin de energa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura, por lo que es una energa en trnsito. Su unidad en el SI es el Joule [J]. Trabajo es el equivalente mecnico del calor. Su unidad en el SI es el Joule [J] Los cuerpos no poseen ni trabajo ni calor. Temperatura es una propiedad que poseen los sistemas fsicos a nivel macroscpico, la cual tiene una causa a nivel microscpico, que es la energa promedio por partcula. Es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinmicos en equilibrio trmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). Al contrario de otras cantidades termodinmicas como el calor o la entropa, cuyas definiciones microscpicas son vlidas muy lejos del equilibrio trmico, la temperatura slo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un promedio. Su unidad en el SI es el Kelvin [K]. No es una medida del calor.

Autoevaluacin 1.4. Son caractersticas del concepto temperatura: A) medida del calor, unidad en Kelvin, los cuerpos la poseen. B) medida de la energa cintica promedio de las partculas, se mide en Kelvin. C) energa en trnsito, se mide en grados Celsius, no mide el calor. D) se relaciona con la energa cintica, se transfiere de un cuerpo a otro. 1.5. El calor: A) necesita de dos cuerpos a la misma temperatura. B) slo necesita de un cuerpo. C) es lo mismo que la temperatura. D) se transfiere del cuerpo de mayor al de menor temperatura.

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1.1.5. Ley de la conservacin de la energa La energa del Universo no puede ser creada ni destruida, slo cambia de una forma a otra permaneciendo constante. Autoevaluacin 1.6. Es preocupante que se agoten las fuentes de energa porque: A) la energa del Sol no ser suficiente para abastecernos. B) las estamos transformando en formas no aprovechadas. C) al desperdiciar los energticos la energa se destruye. D) la nica forma de producir energa es con el petrleo.

1.2 La materia y los cambios 1.2.1. Estados de agregacin. La materia est formada por un conjunto de partculas que pueden ser molculas, tomos o iones. De acuerdo con el espacio que haya entre estas partculas y de la energa con que se mueven, adopta los estados slido, lquido o gaseoso. En el siguiente cuadro se esquematizan las caractersticas de cada uno de los estados de agregacin.

Caractersticas Slido Lquido Gas

Forma definida adopta la forma del recipiente que lo contiene

adopta la forma del recipiente que lo contiene

Volumen definido definido llena todo el volumen del recipiente que lo contiene

Ordenamiento de las partculas

definido aleatorio aleatorio

Movimiento vibratorio moderado muy rpido Atraccin entre partculas fuerte moderado no hay Cercana de las partculas muy cercanas cercanas muy distantes

Autoevaluacin 1.7. Los estados de agregacin de la materia son: A) slido, lquido y gas. B) ebullicin, fusin y solidificacin. C) gas, plasma y evaporacin. D) slido, sublimacin, gas. 1.8. Son caractersticas que describen a un slido: A) tiene un volumen fijo y fluye. B) tiene volumen fijo, pero no tiene forma definida. C) forma definida y fuerte cohesin entre sus partculas. D) tienen forma definida y fluye.

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1.9. El sodio es un metal que tiene un punto de fusin de 97.8C y un punto de ebullicin de 881.4C. En qu estado se encuentra el sodio a las temperaturas indicadas?

100 C - 70 C 1 000 C A) slido slido lquido B) lquido slido gas C) lquido lquido gas D) slido lquido gas

1.2.2. Clasificacin de la materia. Sustancia pura es toda la que est formada por un nico componente. Elemento es una sustancia pura formada por tomos con el mismo nmero atmico. Compuesto es una sustancia pura que mediante mtodos qumicos se puede descomponer en sus elementos, los cuales estn en proporcin fija. Una mezcla heterognea es materia que presenta diversas fases, cuyas propiedades varan en diferentes puntos de la muestra y una mezcla homognea presenta slo una fase y en todas sus partes presenta las mismas propiedades. Ambas se pueden separar por mtodos fsicos. Autoevaluacin 1.10. Una ensalada, una moneda de oro puro y el aire, son respectivamente: A) mezcla heterognea, sustancia pura y mezcla homognea. B) mezcla heterognea, sustancia pura y mezcla heterognea. C) mezcla heterognea, mezcla homognea y mezcla homognea. D) mezcla heterognea, sustancia pura y sustancia pura.

Materia

Sustancias Puras Mezclas

Elementos Compuestos

se clasifica

pueden ser

Homogneas Heterogneas

pueden ser

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1.2.3 Composicin de la materia. tomos y molculas. Las sustancias puras estn compuestas por molculas o por tomos. Una molcula es la partcula fundamental y ms pequea que retiene las propiedades de la sustancia, es un agregado de por lo menos dos tomos, con una distribucin definida, que se mantiene unida mediante enlaces qumicos. Un tomo es la partcula ms pequea de un elemento que interviene en una reaccin qumica. Autoevaluacin 1.11. Un tomo es: A) la partcula ms pequea que interviene en una reaccin qumica. B) un smbolo de un elemento. C) una partcula fundamental que retiene las propiedades de un compuesto. D) una forma de imaginar cmo se distribuyen los electrones.

1.2.4. Partculas subatmicas. Nmero atmico, nmero de masa, masa atmica e istopos. Toda la materia est formada por tomos, los cuales son neutros al tener el mismo nmero de protones y electrones. Los protones y los neutrones se encuentran en el ncleo atmico y alrededor de ste se mueven los electrones. La masa y la carga positiva del tomo se encuentran en el ncleo, cuyo dimetro es cien mil veces ms pequeo que el del tomo. El nmero atmico (Z) es lo que caracteriza a un elemento y es la cantidad de protones que contiene el ncleo atmico. El nmero de masa (A) es la suma de protones y neutrones de un ncleo atmico. En la tabla siguiente se muestran tres ejemplos.

Tabla de tres elementos con su smbolo, nmero atmico y nmero de masa Nombre del

elemento Smbolo del

elemento Nmero atmico

Nmero de protones

Nmero de neutrones

Nmero de masa

Potasio K 19 19 20 39 Plata Ag 47 47 61 108

Aluminio Al 13 13 14 27 La masa atmica o peso atmico es el promedio de los nmeros de masa de los istopos, considerando su abundancia relativa. A continuacin se pueden observar algunos ejemplos.

Tabla de tres elementos con su smbolo, nmero atmico y nmero de masa

Nombre del elemento Smbolo del elemento Masa atmica Potasio K 39.098 Plata Ag 107.868

Aluminio Al 26.982

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Llamamos istopos a los tomos del mismo elemento que tienen diferente nmero de neutrones e igual nmero de protones y electrones. Como ejemplo se presenta la tabla siguiente con los istopos del hidrgeno.

Istopos del hidrgeno

Nombre Hidrgeno (Protio) Deuterio Tritio

H H H

Nmero atmico 1 1 1

Nmero de masa 1 2 3

Nmero de protones 1 1 1

Nmero de neutrones 0 1 2

Nmero de electrones 1 1 1 Autoevaluacin 1.12. Partculas subatmicas que intervienen en un cambio qumico: A) protones B) electrones C) neutrones D) nucleones 1.13. Partculas subatmicas que determinan a cada elemento: A) protones B) electrones C) neutrones D) nucleones 1.14. El nmero atmico de un elemento est dado por los: A) protones B) electrones C) neutrones D) nucleones 1.15. Si hay 15 protones y 17 neutrones en el ncleo de un tomo, cul es su nmero de masa y cuntos electrones tiene? A) A =15; e =15 B) A=32, e =17 C)A =32, e =15 D) A=15,e=32

1.2.5. Propiedades fsicas y cambios fsicos Propiedad fsica. Es la propiedad que puede ser observada sin que la sustancia se transforme en otra. Ejemplos: estado de agregacin, color, olor, sabor, punto de fusin, punto de ebullicin, solubilidad, densidad, etc. Para observarla se lleva a cabo un cambio fsico. Cambio fsico es cuando se cambia la forma, el tamao, el estado de movimiento o el estado de agregacin. La energa implicada generalmente es pequea. 1.2.6. Propiedades qumicas y cambios qumicos Propiedad qumica. Indica cmo es la reactividad de las sustancias. Ejemplos: estabilidad, reactividad, carcter cido o bsico, oxidante o reductor, comburente, corrosivo, etc. Al manifestarse estas propiedades se involucra un cambio qumico.

1 1

2 1

3 1

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Cambio qumico: cuando se obtiene una nueva sustancia con propiedades distintas. La energa desprendida o absorbida es generalmente mayor que en el caso del cambio fsico. Los electrones participan en el cambio qumico. Mtodos de separacin Algunos de los mtodos de separacin que se basan en las propiedades fsicas de las mezclas son: Filtracin. Separacin de una fase slida de una fase lquida, haciendo pasar la mezcla a travs de un filtro capaz de detener el paso del slido de la mezcla. Ejemplo: arena y agua. Decantacin. Separacin de dos fases de una mezcla por la gravedad, estas fases pueden ser lquidos inmiscibles entre s y de diferente densidad o bien una fase lquida y la otra slida. Ejemplo: agua y aceite. Destilacin. Separacin de los componentes de una mezcla por la evaporacin de los lquidos y su condensacin posterior. Ejemplo: separacin de los componentes del petrleo. Cristalizacin. Separacin de una mezcla formada por un slido y su disolvente, al evaporar ste ltimo. Ejemplo: obtencin de cristales de sulfato de cobre a partir de una disolucin acuosa del compuesto. Sublimacin. Separacin de una mezcla de dos slidos, cuando uno de ellos presenta la propiedad de pasar de un slido a gas sin pasar por el estado lquido. Ejemplo: yodo con limadura de hierro. Cromatografa. Separacin de los componentes de una mezcla aprovechando la capacidad de movimiento de los componentes a travs de un material. Puede ser en papel, capa fina, gel o de gases. Ejemplo: separacin de los componentes de tintas. Autoevaluacin 1.16. Una mezcla de cloruro de sodio y agua se puede separar por: A) filtracin. B) sublimacin. C) cristalizacin. D) cromatografa. 1.17. Una mezcla de arena y agua se puede separar por: A) filtracin. B) sublimacin. C) congelacin. D) cromatografa. 1.18. Una mezcla de alcohol y agua se puede separar por: A) filtracin. B) sublimacin. C) cristalizacin. D) destilacin. 1.19. Son ejemplo de propiedades fsicas: A) color, olor, sabor. B) reactividad, comburente, corrosivo. C) color, olor, corrosivo. D) reactividad, comburente, sabor. 1.20. Son ejemplos de propiedades qumicas: A) color, olor, sabor. B) reactividad, comburente, corrosivo. C) color, olor, corrosivo. D) reactividad, comburente, sabor. 1.21. Indica el tipo de proceso del que se trata, fsico F y qumico Q, respectivamente: corrosin de una escalera de hierro, cortar un diamante, quemar gasolina y hervir agua. A) F, F, Q, Q B) Q, F, Q, Q C) Q, F, Q, F D) F, F, Q, F

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1.2.7. Ley de la conservacin de la materia La ley indica: La materia no se crea ni se destruye slo se transforma. Esto es: En toda reaccin qumica la masa se conserva, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos, en otras palabras, la materia no se crea ni se destruye. Autoevaluacin 1.22. Qu sucede con la parafina de una vela durante la combustin? A) La parafina se evapora y se conserva como gas. B) La parafina se evapora y desaparece. C) Slo cambia de estado. D) Se transforma en CO2 y agua. 1.2.8. La energa y las reacciones qumicas Todas las reacciones qumicas estn acompaadas por un cambio de energa. Algunas reacciones liberan energa hacia sus alrededores (generalmente como calor) y son llamadas exotrmicas. Ejemplo 2Na + Cl2 2NaCl + energa Por otra parte, algunas reacciones necesitan absorber calor de sus alrededores para seguir adelante, estas reacciones son llamadas endotrmicas. Ejemplo Ba(OH)2 + 2NH4Cl + energa BaCl2 + 2NH4OH 1.2.9. El sol proveedor de energa La cantidad de energa radiante que nos llega del Sol en cada segundo es de 178 000 billones de Joules, es decir, equivale a 15 000 veces la cantidad de energa que la humanidad consume, sin embargo, la mayor parte de ella se disipa. Actualmente se est tratando de aprovechar esta energa por medio de celdas solares. 1.3 El sol, horno nuclear. 1.3.1 Radiactividad y desintegracin nuclear. 1.3.2 Rayos alfa, beta y gamma. Algunos materiales presentan la propiedad de emitir rayos espontneamente. Este fenmeno conocido como radiactividad, fue observado en 1896 por el fsico Henri Becquerel y es el resultado de la transformacin que presentan los ncleos de ciertos tomos como el uranio. En un tomo radiactivo, el ncleo es inestable, y se desintegra hasta estabilizarse en tomos de masas menores con emisin de partculas y energa conocidas como radiaciones.

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En un principio se crey que la radiactividad era exclusiva del uranio y de sus compuestos, pero en 1898 se observ el mismo fenmeno en los compuestos de torio. Los esposos Curie, durante sus investigaciones, encontraron otros elementos radiactivos: el polonio y el radio.

Tipos de Radiacin Partcula Smbolo Carga Alcance

Alfa + corto Beta - moderado

Gamma Ninguna largo Al interactuar alguna de estas radiaciones con la materia, provoca que los tomos pierdan electrones y se ionicen; de aqu que reciban el nombre de radiacin ionizante; sta puede ser detectada por un contador Geiger y as facilitar la deteccin de un radioistopo. El fenmeno de radiactividad se debe a un estado de inestabilidad en el ncleo, cuando un tomo posee una gran cantidad de partculas, protones y neutrones, sta se presenta. Existen elementos que pueden presentarla y se dice que poseen radiactividad natural y los tomos que la presentan reciben el nombre de radioistopos. La desintegracin de un ncleo radiactivo, a menudo es el comienzo de una serie de decaimiento radiactivo, es decir, una secuencia de reacciones nucleares que da como resultado la formacin de un istopo estable. Todos los radioistopos tienen un tiempo de vida media que es el tiempo que debe transcurrir para que se desintegre la mitad de una muestra especfica de tomos radiactivos. Autoevaluacin 1.23. Nombre que reciben los tomos que presentan radioactividad natural: A) radioistopos. B) rayos beta. C) rayos catdicos. D) rayos gamma. 1.24. Al ser atradas las partculas beta hacia el polo positivo de un campo magntico, se confirma su: A) carga positiva. B) carga negativa. C) carga neutra. D) gran tamao. 1.25. Es un tipo de radiacin ionizante: A) la fluorescencia. B) los rayos gamma. C) la electricidad. D) la luz infrarroja. 1.26. El uranio se presenta como 23392 U,

23592 U y

23892 U, estos tres se conocen como:

A) nucleones. B) neutrinos. C) radioistopos. D) positrones. 1.27. El cobalto-60 es un radioistopo que tiene un tiempo de vida media de 5.7 aos, esto significa que en este tiempo, la mitad de sus ncleos se: A) multiplican. B) desintegran. C) fusionan. D) enlazan.

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1.28. Son caractersticas de las partculas alfa: A) carga negativa y largo alcance B) carga negativo y alcance corto. C) carga positiva y largo alcance D) carga positiva y alcance corto. 1.29. Los elementos radiactivos que descubrieron los esposos Curie, fueron: A) uranio y torio. B) torio y radio. C) polonio y radio. D) radio y uranio. 1.30. Es radiacin electromagntica de alta energa, liberada por ciertos radioistopos: A) infrarroja. B) alfa. C) beta. D) gamma. 1.31. Son las partculas radiactivas que tienen corto alcance: A) gamma. B) electrones. C) beta. D) alfa. 1.32. Una forma de detectar la radiacin ionizante es por el uso de un: A) cromatgrafo. B) contador Geiger. C) imn. D) equipo de rayos X. 1.3.3 Espectro electromagntico Las propiedades qumicas de las sustancias se determinan por los electrones externos que rodean al ncleo; nuestros conocimientos sobre la estructura electrnica de los tomos provienen del anlisis de la luz emitida o absorbida por las sustancias. La luz visible es un tipo de radiacin electromagntica y hay otros tipos adems de sta, que pareceran ser muy distintos pero que comparten ciertas caractersticas fundamentales. Todos los tipos de radiacin electromagntica viajan en el vaco a una velocidad de 3 x 108 m/s presentndose en forma de paquetes de energa llamados cuantos. Cada cuanto posee una longitud de onda y una frecuencia caracterstica y su energa est en funcin directa a su frecuencia, es decir, a mayor frecuencia, mayor energa. Se conoce como espectro electromagntico a la representacin de los distintos tipos de radiacin electromagntica.

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En la imagen siguiente se pueden apreciar las distintas formas de radiacin electromagntica donde podemos observar a las longitudes de onda () y las frecuencias (F) de cada tipo de radiacin, como varan de manera inversamente proporcional y tambin en funcin de la energa, la cual aumenta al disminuir la longitud de onda.

Autoevaluacin 1.33. Los siguientes enunciados mencionan caractersticas generales de la luz, cules de ellos son correctos? 1) todas las formas de radiacin electromagntica son visibles. 2) la frecuencia aumenta al disminuir la longitud de onda. 3) los componentes de la luz son elctricos y magnticos. 4) la luz se compone de distintas longitudes de onda. A) 2, 3, 4 B) 1, 2, 3 C) 1, 3, 4 D) 1, 2, 4 1.34. Las radiaciones ms cercanas a la luz visible son: A) rayos X y rayos gamma B) ultravioleta y rayos X C) ondas de radio y TV D) infrarrojo y ultravioleta 1.35. Debido a su elevada frecuencia, los rayos que tienen mayor energa son: A) rayos UV, rayos X, rayos csmicos. B) luz visible, rayos X rayos infrarrojo. C) ondas de TV, rayos IR, luz visible. D) rayos gamma, luz visible, microondas.

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1.36. Los hornos de microondas utilizan ondas de: A) alta energa. B) radiacin no ionizante. C) radiacin ionizante. D) luz visible. 1.37. Caractersticas de los paquetes de energa, llamados cuantos: A) Todos tienen la misma longitud de onda pero distinta frecuencia. B) Todos tienen la misma frecuencia pero distinta longitud de onda. C) Su energa no depende de la frecuencia. D) Cuando tienen mayor frecuencia presentan mayor energa. 1.3.4 Planck, la energa y los cuantos La cantidad mnima de energa radiante que un tomo puede absorber o emitir est relacionada con su frecuencia de acuerdo a la ecuacin: E = h, donde h es la constante de Planck y tiene un valor igual a 6.63 X10-34 J s y es la frecuencia. Esta cantidad mnima de energa se llama cuanto. Segn Planck, la energa est cuantizada, lo que significa que slo puede tener ciertos valores permitidos. Los cuantos de energa luminosa reciben el nombre de fotones y cada fotn transporta esta energa. Autoevaluacin 1.38. De acuerdo con la ecuacin de Planck, la energa es directamente proporcional a: A) la frecuencia. B) la longitud de onda. C) los fotones. D) la velocidad de la luz 1.39. La energa slo se puede absorber o emitir en cantidades especficas, esto significa que la energa est: A) cuantizada. B) aumentada. D) liberada. E) almacenada. 1.40. La cantidad de energa luminosa que puede absorber o emitir un objeto depende de su: A) calor y temperatura. B) frecuencia y longitud de onda. C) radiacin y fisin. D) ionizacin y absorcin. 1.3.5 Espectro del tomo de hidrgeno y teora atmica de Bohr Haciendo incidir luz sobre algn material, sus electrones absorben parte de la radiacin y se obtiene un espectro de lneas que solo muestra longitudes de onda especfica. Cada elemento presenta un espectro diferente. Los espectros que aparecen como lneas brillantes se llaman espectros de emisin y resultan cuando los electrones emiten energa. Un espectro de absorcin se caracteriza por lneas obscuras sobre el espectro, y es cuando los electrones absorben energa.

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Bohr propuso un modelo para el tomo, donde el tomo posee un ncleo cargado positivamente y en el cual se encuentra contenida casi toda la masa, mientras que las cargas negativas se encuentran girando alrededor del ncleo. Los postulados de la teora atmica de Bohr se resumen a continuacin:

1. Los electrones se mueven nicamente en rbitas circulares alrededor del ncleo. Cada rbita se encuentra a una distancia determinada del ncleo y representa un nivel especfico de energa.

2. Mientras los electrones se mueven en un nivel no ganan ni pierden energa. 3. Los electrones pueden pasar a un nivel de mayor energa cuando el tomo absorbe energa y

regresan a su nivel original cuando el tomo desprende energa. Cuando los electrones estn en su nivel energtico original, se dice que se encuentran en un estado basal. Cuando los electrones pasan de un nivel a otro, absorbiendo energa, se dice que se encuentran en un estado excitado. La energa absorbida o emitida por el tomo, cuando un electrn cambia de un nivel a otro, es una cantidad determinada de energa, a la cual se le denomina cuanto o paquete de energa. Un cuanto de energa luminosa, ya sea absorbido o desprendido por el tomo se le llama fotn. Autoevaluacin 1.41. De acuerdo al modelo de Bohr, cuando un electrn se aleja a un nivel de mayor energa es porque: A) absorbe energa. B) emite energa. C) libera energa. D) pierde energa. 1.42. Cuando un tomo emite energa es porque un electrn: A) salta a un nivel mayor. B) regresa a su nivel original. C) pasa a un estado excitado. D) cae al ncleo. 1.43. Las rbitas estacionarias o niveles de energa del modelo atmico de Bohr, pueden tomar los valores numricos: A) n = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 B) n = 0, 1, 2, 3 C) n = 1, 2, 3, 4 y 5 D) n = 1, 2, 3,4, 5, 6 y 7. 1.3.6 Fisin y fusin 1.3.7 Ley de la interconversin de la materia y la energa La cantidad de energa que se emite en las reacciones nucleares es enorme. La fuente de energa nuclear es la transformacin de masa en energa. Esta transformacin fue predicha por Albert Einstein en 1905 en su ecuacin: E = mc2. La energa en las reacciones nucleares bsicamente se obtiene por dos procesos: fisin y fusin nuclear. En la fisin nuclear se tiene la ruptura de un ncleo pesado, generalmente en dos ncleos de menor masa, acompaada de emisin de neutrones y radiaciones, como sucede en una explosin nuclear. En la fusin nuclear se logra que dos ncleos pequeos formen uno mayor con liberacin de energa, como sucede en el Sol.

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Reaccin en cadena: es cuando al bombardear un tomo con neutrones, este tomo radioactivo se divide, produciendo ms neutrones, los que a su vez son capaces de dividir a ms tomos. Autoevaluacin 1.44. En la expresin matemtica de la ley de la interconversin de la materia en energa, se obtiene un valor de energa muy alto debido a que debe considerarse: A) la velocidad de la luz. B) el nmero de Avogadro. C) la constante de Planck. D) el nmero de tomos. 1.45. La reaccin que se produce cuando un neutrn llega al ncleo de un tomo de 235U, el cual se desintegra transformndose en bario, kriptn y 3 neutrones, continundose sucesivamente, se llama reaccin: A) de fusin nuclear. B) de neutrones. C) parcial. D) en cadena. 1.46. La transformacin de masa en energa, est representada por la ecuacin: A) E = h B) E = mc2 C) E = 2mc D) E = 1/2 mv2 1.47. La fuente de energa de estrellas como el Sol, es la: A) fusin nuclear. B) fisin nuclear. C) combustin de hidrgeno. D) combustin de helio. 1.48. En una reaccin de fusin nuclear, se obtiene helio, producto de la unin de ncleos ligeros de: A) deuterio y deuterio B) tritio y tritio C) deuterio y protio D) deuterio y tritio 1.4 El hombre y su demanda de energa. 1.4.1 Generacin de energa elctrica En el ao de 1879 se inicia el empleo de la electricidad en procesos industriales; en julio de 1880 se llevaron a cabo los primeros experimentos para el alumbrado pblico. Se colocaron en la ciudad de Mxico dos focos de arco voltaico: uno en el kiosko central y otro en la esquina suroeste del jardn de la Plaza de la Constitucin. Meses ms tarde, la compaa de Samuel B. Knight instal 40 lmparas incandescentes de arco en el Zcalo del D.F. Una dcada despus, Mxico construye su primera planta hidroelctrica en Batopilas, Chihuahua, aprovechando como fuente primaria para la generacin elctrica los saltos y cadas de agua de los ros. El francs Arnold Vaqui mediante una concesin gubernamental promovi el primer proyecto importante para generar energa elctrica por medio de las cadas de agua del ro Necaxa, hecho que dio origen a la empresa canadiense Mexican Light & Power Company, Limited, la cual posteriormente cambiara su denominacin a la de Compaa Mexicana de Luz y Fuerza Motriz.

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1.4.2 Obtencin de energa elctrica Las centrales termoelctricas producen la electricidad a partir de la energa calorfica desprendida por la combustin de diesel, carbn, gas natural, combustleo y otros aceites pesados. El combustible es quemado y la energa trmica producida por la combustin se transfiere al agua que se encuentra en los tubos de la caldera. As el agua se transforma en vapor que pasa a las turbinas e impulsa sus paletas hacindolas girar. Dicho movimiento en el generador, ocasiona el fenmeno de electromagnetismo que convierte la energa cintica en electricidad. La funcin de una planta hidroelctrica es utilizar la energa potencial de agua almacenada en un lago, a una elevacin ms alta y transformarla, primero en energa mecnica y luego en elctrica. Este proceso toma en consideracin varios factores entre los cuales el ms importante es la cada del agua. Las centrales hidroelctricas constituyen la fuente de energa ms apropiada para un desarrollo ecolgicamente sostenible: energa limpia, renovable y descentralizada y que generan una parte importante de la produccin total de electricidad. Las centrales nucleoelctricas tienen cierta semejanza con las termoelctricas convencionales, ya que tambin utilizan vapor a presin para mover las turbinas o turbogeneradores. En este caso se aprovecha la energa trmica que se obtiene al fisionar, en forma controlada, los tomos de un istopo de uranio en el interior de un reactor para producir el vapor que activa las turbinas. 1.4.3 Anlisis de beneficios y riesgos del consumo de energa El beneficio o riesgo del consumo de energa radica en las fuentes de donde proviene. Los combustibles fsiles aportan el 88% de la energa mundial actual, por constituir la forma ms barata de producir energa. Sin embargo, su combustin libera gases contaminantes como CO2, xidos de azufre y de nitrgeno, estos ltimos, junto con los hidrocarburos que se liberan de los depsitos o por la combustin incompleta, producen la contaminacin por ozono y el smog fotoqumico. 1.4.4 Energas limpias Desde los comienzos mismos de su existencia en la Tierra, el hombre ha usado la energa solar. El comienzo de la revolucin solar, representa una oportunidad para desarrollar un ideal: extraer energa de una fuente natural, inagotable y no contaminante. Actualmente se cuenta con la tecnologa que aprovecha la energa solar para producir electricidad a partir de celdas fotoelctricas y termosolares. El biogs es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bixido de carbono. Se produce como resultado de la fermentacin de la materia orgnica en ausencia de aire, por la accin de microorganismos. El biogs por su alto contenido de metano (54-70%), es una fuente de energa que puede usarse para cocinar, iluminar, operar maquinaria agrcola, bombear agua, generar calor o electricidad.

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Autoevaluacin 1.49. Los principales combustibles utilizados en las plantas termoelctricas son: A) diesel, carbn e hidrgeno. B) carbn vegetal y hulla. C) carbn vegetal y madera. D) diesel, carbn y gas natural. 1.50. Las plantas hidroelctricas, para producir electricidad, aprovechan del agua su energa: A) elica. B) trmica. C) elctrica. D) mecnica. 1.51. En las plantas nucleoelctricas, se utiliza como combustible un istopo de uranio, parecindose mucho a las plantas: A) termoelctricas. B) eoloelctrica. c) hidroelctricas. D) solares. 1.52. El smog fotoqumico es uno de los riesgos para la salud del hombre, ocasionado por el uso inmoderado de: A) celdas solares. B) residuos nucleares. C) combustibles fsiles. D) vapor de agua. 1.53. Dentro de las alternativas para usar otras fuentes de energa no contaminantes se encuentra el uso de: A) carbn vegetal. B) alcohol etlico. C) petrleo. D) fotoceldas.

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RESPUESTAS 1.1.- D) energa luminosa y trmica 1.2.- C) qumica y nuclear. 1.3.- C) qumica en elctrica.

1.4.- B) medida de la energa cintica promedio de las partculas, se mide en Kelvin. 1.5.- D) se transfiere del cuerpo de mayor al de menor temperatura. 1.6.- B) las estamos transformando en formas no aprovechadas. 1.7.- A) slido, lquido y gas 1.8.- C) forma definida y fuerte cohesin entre sus partculas. 1.9.- B) lquido, slido y gas. 1.10.- A) mezcla heterognea, sustancia pura y mezcla homognea. 1.11.- A) la partcula ms pequea que interviene en una reaccin qumica. 1.12.- B) electrones. 1.13.- A) protones. 1.14.- A) protones. 1.15.- C) A=32, e=15 1.16.- C) cristalizacin. 1.17.- A) filtracin. 1.18.- D) destilacin. 1.19.- A) color, olor, sabor. 1.20.- B) reactividad, comburente, corrosivo. 1.21.- C) Q,F,Q,F 1.22.- D) la parafina se transforma en CO2 y agua. 1.23.- A) radioistopos. 1.24.- B) carga negativa. 1.25.- B) los rayos gamma. 1.26.- C) radioistopos. 1.27.- B) desintegran. 1.28.- D) carga positiva y alcance corto. 1.29.- C) polonio y radio. 1.30.- D) gamma. 1.31.- D) alfa. 1.32.- B) contador Geiger. 1.33.- A) todas las formas de radiacin electromagntica son visibles. 1.34.- D) infrarrojo y ultravioleta 1.35.- A) rayos UV, rayos X, rayos csmicos. 1.36.- B) radiacin no ionizante. 1.37.- D) Cuando tienen mayor frecuencia presentan mayor energa. 1.38.- A) la frecuencia. 1.39.- A) cuantizada. 1.40.- B) frecuencia y longitud de onda. 1.41.- A) absorbe energa. 1.42.- B) regresa a su nivel original. 1.43.- D) n = 1, 2, 3, 4 5, 6 y 7. 1.44.- A) la velocidad de la luz. 1.45.- D) en cadena.

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1.46.- B) E = mc2 1.47.- A) fusin nuclear. 1.48.- D) deuterio y tritio. 1.49.- D) diesel, carbn y gas natural. 1.50.- D) mecnica. 1.51.- A) termoelctricas. 1.52.- C) combustibles fsiles. 1.53.- D) fotoceldas. BIBLIOGRAFA Brown, T., et al. (2004). Qumica: la ciencia central. Pearson Education, Mxico. Chang, R. (2007). Qumica. Mc Graw Hill Interamericana Editores, Mxico. Hein & Arena (2005). Fundamentos de Qumica. Thomson, Mxico. Garrtiz Ruiz, A. & Chamizo Guerrero, J.A. (2001) T y la qumica. Pearson education, Mxico. Zrraga Sarmiento, J.C. et al. (2003) Qumica. Mc Graw Hill Interamericana, Mxico.

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UNIDAD 2 AIRE, INTANGIBLE PERO VITAL

PROPSITOS DE LA UNIDAD

1. Reconocer la importancia que tiene el aire en el desarrollo de la vida. 2. Relacionar las propiedades y leyes de los gases con su organismo y el entorno. 3. Adquirir la nocin de mol. 4. Establecer la importancia de la concentracin de las sustancias contaminantes en la calidad

del aire. 5. Informar sobre la contaminacin atmosfrica.

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INTRODUCCIN La atmsfera es la mezcla gaseosa que rodea a la Tierra, se form hace unos 4600 millones de aos con el nacimiento de la Tierra, al principio los componentes principales fueron H2 y He y la mayor parte de la atmsfera primitiva se perdera en el espacio, pero con la actividad volcnica, nuevos gases como: N2, NH3, CO2, CH4, SO2 y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman nuestro planeta y dieron a la atmsfera un carcter reductor que propici la formacin de la vida.

Hace unos 2500 millones de aos, con la aparicin de los vegetales verdes se inicia la actividad fotosinttica de los seres vivos en la que se producen oxgeno, ozono, azcares y almidones a partir de CO2, H2O y luz solar y hace unos 1000 millones de aos la atmsfera lleg a tener una composicin similar a la actual.

Tambin ahora los seres vivos siguen desempeando un papel fundamental en el funcionamiento de la atmsfera. Las plantas y otros organismos fotosintticos toman CO2 del aire y devuelven O2, mientras que la respiracin de los animales y la quema de bosques o combustibles realiza el efecto contrario: retira O2 y devuelve CO2 a la atmsfera.

La mezcla de gases que llamamos aire por accin de la gravedad, mantiene la proporcin de sus distintos componentes casi invariable hasta los 80 km sobre el nivel del mar, aunque cada vez ms menos denso conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la composicin se hace ms variable.

En la Grecia antigua, para Anaxmenes, el aire era el principio de todas las cosas. Empdocles lo consider uno de los cuatro elementos primordiales (junto con el agua, el fuego y la tierra). Para los alquimistas medievales, aire era una denominacin genrica que designaba diversos gases: el oxgeno era el aire vital, el hidrgeno era el aire inflamable.

Considerado despus como un elemento simple, su carcter de mezcla fue demostrado por Lavoisier a mediados del siglo XVIII. Los componentes constantes del aire son: nitrgeno (78%), oxgeno (21%), gases inertes e hidrgeno (1%); adems, contiene cantidades pequeas y variables de dixido de carbono y vapor de agua. Esta composicin se mantiene aproximadamente constante hasta los 3,000 m de altitud, lo cual permite que se produzcan los procesos de oxidacin y combustin. El aire es un fludo transparente, incoloro e inodoro, buen aislante trmico y elctrico. En condiciones normales, un litro de aire pesa 1,29 g.

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Qu es el aire? 2.1.1 Mezcla homognea indispensable para la vida El aire atmosfrico o atmsfera, es una mezcla en estado gaseoso que envuelve a la Tierra. Su composicin ha variado mucho desde la etapa de formacin del planeta Tierra, al principio contena H2 y He, pero la actividad de los volcanes liber otros gases como nitrgeno, amonaco, agua, dixido de carbono, metano, cido clorhdrico y dixido de azufre, los cuales le dieron un carcter reductor a la atmsfera, lo que permiti la formacin de la vida. Con la aparicin de los vegetales verdes se inici la reaccin de fotosntesis en la que se producen oxgeno, azcares y almidones a partir del dixido de carbono, agua y luz solar. Con ello, la atmsfera perdi su carcter reductor y se oxidaron muchos de los metales que an se encontraban en la superficie. Adicionalmente, se form la capa de ozono que protegi de los rayos ultravioleta para propiciar el desarrollo de la vida en la Tierra. Autoevaluacin 2.1. Al principio la atmsfera contena hidrgeno y helio. La actividad volcnica liber los

siguientes gases que propiciaron la formacin de la vida: A. N2, NH3, H2O, CO2, CH4, HCl, SO2 B. CO2, H2O, O2, CH4, Ne C. HCl, SO2, O2, CO2, Ar D. Kr, O2, H2O, Ar, Ne, CO2, CH4 2.1.2 Composicin del aire En la actualidad el aire est constituido por una mezcla homognea de gases, cuya proporcin le genera propiedades fsicas, qumicas y biolgicas que permiten la vida y existencia de los seres vivos inmersos en l. La composicin promedio del aire seco es la siguiente:

FRMULA % VOLUMEN

N2 O2 Ar

CO2 Ne

CH4 H2 He Kr

otros

78.09000 20.94000 0.93000 0.03680 0.00180 0.00015 0.00005 0.00052 0.00010 0.00068

TOTAL 100.00000 Autoevaluacin 2.2. Si el porcentaje de oxgeno en el aire fuese mayor: A. sera ms difcil encender una fogata. B. se tendra una atmsfera inerte. C. se disminuira la contaminacin. D. los alimentos se descompondran ms fcilmente.

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2.3. El aire es: A. una mezcla que contiene 60% de O2, 39% de N2 y otros gases. B. un compuesto que contiene 78.0% de N2, 20.9% de O2 y 1.1% otros gases. C. una mezcla heterognea que contiene 78.0% de O2, 20.9% de N2 y 1.1% de otros gases. D. una mezcla homognea que contiene 78.0% de N2, 20.9% de O2 y 1.1% de otros gases.

2.2 Propiedades fsicas de los gases Las propiedades generales de los gases son las siguientes: A diferencia de los dems estados de agregacin, los gases no tienen superficies libres. El punto de ebullicin de los gases es menor que el de los lquidos y slidos. Los gases se expanden uniformemente llenando el recipiente que los contiene. Las molculas de un gas se mueven a altas velocidades, de tal forma que, el choque de ellas

contra las paredes del recipiente generan la presin. Se difunden rpidamente uno en otro. Las fuerzas de cohesin (intermoleculares) son ms dbiles que las de lquidos y slidos. Ejercen presin sobre las paredes del recipiente que los contiene. Es el efecto de muchas

molculas gaseosas golpeando las paredes del recipiente. La velocidad y la presin que ejercen las molculas aumenta con la temperatura. A presin constante, el volumen de un gas aumenta con la temperatura. La materia se encuentra en equilibrio en el punto crtico (ciertos valores de T y P), cuando

desaparece la frontera bien definida entre sus fases lquida y gaseosa. Los gases pueden comprimirse por debajo de su temperatura crtica, la compresin termina por licuarlos.

La cantidad de gas que se disuelve en un lquido depende de la presin y de la solubilidad del mismo.

2.3 Leyes de los gases Para el estudio de los gases se ha observado su comportamiento en cuanto a los cambios y relaciones que existen entre su presin (P) y temperatura (T) con respecto a su volumen (V) a una cantidad de materia (n) definida, [V = f (P, T, n)]; y si cumplen sin ninguna desviacin las hiptesis y leyes que rigen este comportamiento, se denominan gases ideales. Las leyes de los gases consideran entre sus variables la temperatura absoluta cuyo cero es el punto de partida de la existencia de la energa, que en el sistema ISO se emplea la escala Kelvin cuyo cero absoluto 0 K = 273.15 C; en este sistema la presin se mide en pascales (Pa) y al nivel del mar tiene los siguientes valores y equivalencias: 1 atm = 760 torr = 760 mmHg = 101 325 Pa y el volumen puede expresarse en 1 L = 1000 mL = 0.001 m3

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Es conveniente elegir una presin y una temperatura estndar como punto de referencia para el estudio del comportamiento de los gases, y as por acuerdo internacional se fijaron como condiciones estndar o normales de temperatura y presin (CNTP) los siguientes valores: temperatura = 273.15 K y presin = 1 atm.

2.3.1 Ley de Boyle y Mariotte Si para un gas ideal la temperatura (T) se mantiene constante, el volumen (V) que ocupa su masa es inversamente proporcional a la presin (P) aplicada.

Expresin matemtica Expresin grfica V 1/P V = k 1/P PV = k PiVi = PfVf

T = cte. en K ; n = cte.

Ejemplo: Al nivel del mar y 20 oC de temperatura, un gas ocupa un volumen de 30 L. Qu volumen ocupara en la Cd. de Mxico a la misma temperatura? Informacin previa: El planteamiento de este problema implica saber que al nivel del mar la presin atmosfrica tiene un valor de 1 atm = 760 mm Hg; y en el caso particular del D. F., el estudiante debe conocer que la presin atmosfrica que ejerce el aire que respiramos tiene un valor de 585 mm Hg. Resolucin:

Datos Incgnita Ecuaciones Operaciones T = constante Vi = 30 L Pi = 760 mm Hg Pf = 585 mm Hg

Vf Pi Vi = Pf Vf

Vf =

Vf = = 38.97 L

Autoevaluacin 2.4.En una tormenta elctrica se provoca una reaccin qumica entre el nitrgeno y el oxgeno

produciendo NO. Cul ser el volumen de monxido de nitrgeno que se genera en la Ciudad de Mxico donde la presin es de 585 mm Hg, si en un lugar colindante a una playa el volumen que se produce es de 25 L?

A. 19.24 L B. 0.04 L C. 32.47 L D. 14625 L 2.5. Un globo que tiene un volumen de 4 litros a la presin de 1 atm y temperatura constante, si

se comprime hasta un volumen de 3.7 L . Cul ser su presin final? A. 821.6 atm B. 586 torr C. 821.6 torr D. 0.777 atm

isoterma

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P = cte. n = cte.

2.3.2 Ley de Charles Para un gas ideal, si la presin se mantiene constante (P), el volumen (V) que ocupa una masa definida del gas, es directamente proporcional a la temperatura absoluta (T) que se le aplica.

Expresin matemtica Expresin grfica V T V = kT V/T = k Vi / Ti = Vf / Tf

V(L) isobara

T(K)

Ejemplo: Al nivel del mar y a 20 oC de temperatura, un gas ocupa un volumen de 30 L. Qu volumen ocupara si se enfra hasta una temperatura de 0 oC? Informacin previa: En la resolucin de problemas sobre comportamiento de gases la temperatura siempre se considera absoluta en la escala Kelvin. Resolucin:

Datos Incgnita Ecuaciones Operaciones P = constante Vi = 30 L ti = 20 oC =293 K tf = 0 oC = 273 K

Vf =

Vf =

Vf = = 27.95 L

Autoevaluacin 2.6. El cuerpo humano adulto consume 500 mL de aire en cada respiracin cuando se encuentra a

nivel del mar y a 25 C. Cul ser el volumen de aire que consume en una maana donde la temperatura es 10 C, si no se modifica la presin?

A. 474.83 mL B. 200 mL C. 526.50 mL D. 168.66 mL 2.7. La parafina contenida en una vela reacciona en presencia de oxgeno y libera 25 moles de

CO2 que ocupan un volumen de 781.07 L a una temperatura de 20 C. en la Ciudad de Mxico, Cul ser el volumen que ocupe cuando la temperatura disminuye a 10 C?

A. 808.66 L B. 3.90 L C. 390.53 L D. 754.41 L

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2.3.3 Ley de Gay Lussac Para un gas ideal, si el volumen (V) permanece constante, la presin (P) de una masa dada de gas vara en forma directamente proporcional con su temperatura absoluta (T).

Expresin matemtica Expresin grfica P T P = kT P / T = k Pi / Ti = Pf / Tf

P(atm) isocora

T(K)

Ejemplo: Un gas se encuentra dentro de un recipiente a volumen constante y a una presin de 2 atm y una temperatura de 80 oC. Qu presin tendr si se enfra hasta una temperatura de 0 oC? Informacin previa: En la resolucin de problemas sobre comportamiento de gases la temperatura siempre se considera absoluta en la escala Kelvin. Resolucin:

Datos Incgnita Ecuaciones Operaciones V = constante Pi = 2 atm ti = 80 oC =353 K tf = 0 oC = 273 K

Pf =

Pf =

Vf = = 1.54 atm

Autoevaluacin 2.8. Un tubo de vidrio sellado contiene 0.2 g de CO2 a 25 C a una presin de 844 torr. Las

especificaciones del fabricante indican que el tubo de vidrio soporta como mximo 1702.4 torr. Cul ser la temperatura en grados Celsius a la que puede romperse el tubo?

A. 328 C B. 212 C C. 50.4 C D. 573 C 2.9. Se tienen dos recipientes de igual volumen . Uno se encuentra en la Cd. De Mxico donde

hay una presin de 585 mmHg con una temperatura de 25 C. El otro recipiente se encuentra al nivel del mar donde hay una presin de 760 mmHg Cul ser la temperatura del segundo recipiente?

A. 114.14 C B. 229.38 C C. 32.4 C D. 19.2 C

V = cte. n = cte.

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2.3.4 Ley combinada de los gases Esta ley surge debido a que no siempre se mantiene una variable constante. El tringulo siguiente indica la forma en que las leyes se combinan para dar una nueva frmula.

T

Directamente proporcional Directamente proporcional Ley de Gay Lussac n = cte Ley de Charles

Pi / Ti = Pf / Tf Vi / Ti = Vf / Tf n, V = cte Ley combinada n, P = cte

Pi Vi / Ti = Pf Vf / Tf P V

Inversamente proporcional Ley de Boyle y Mariotte Pi Vi = Pf Vf n, T = cte

Ejemplo: Al nivel del mar un gas ocupa un volumen de 30 L a 40 oC de temperatura. Qu volumen ocupar en la Cd. de Mxico a una temperatura de 10 oC? Informacin previa: El planteamiento de este problema implica saber que al nivel del mar la presin atmosfrica tiene un valor de 1 atm = 760 mm Hg; y en el caso particular del D. F., el estudiante debe conocer que la presin atmosfrica que ejerce el aire que respiramos tiene un valor de 585 mm Hg y la temperatura siempre se considera absoluta en la escala Kelvin. Resolucin:

Datos Incgnita Ecuaciones Operaciones Vi = 30 L Pi = 760 mm Hg ti = 40 oC =313 K tf = 10 oC =283 K Pf = 585 mm Hg

Vf =

Vf =

Vf = = 35.23 L

Autoevaluacin 2.10. Ciertas bacterias se encargan de descomponer los nitratos y nitritos mediante el proceso de

desnitrificacin para producir N2 y contribuir al ciclo del nitrgeno. Cul ser la temperatura en grados Celsius a la que deben estar las bacterias para producir 44 L del gas en la Ciudad de Mxico, si producen 47 L cuando se encuentran en un sembrado en el Estado de Mxico donde la presin es de 540 mm Hg y la temperatura de 10 C?

A. 10.14 C B. 14.01 C C. 6.04 C D. 54.48 C 2.11. Un dirigible publicitario con capacidad de 5000 L viaja sobre la Ciudad de Mxico a una

altura donde la presin es de 500 mm Hg y la temperatura de 15 C. Cul ser su volumen si la temperatura desciende a 10 C debido a que se eleva hasta llegar a una presin de 480 mm Hg?

A. 5117.9 L B. 5300.35 L C. 3472.22 L D. 4716.66 L

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2.4 Teora cintica de los gases El estudio terico del comportamiento de los gases se llama teora cintica de los gases y se apoya en una serie de leyes y modelos fsicos y matemticos aplicables a los gases. Para entender mejor el comportamiento de un gas siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal aunque ste en realidad nunca existe, si se quiere afinar ms o si se quiere medir el comportamiento de algn gas que escapa al comportamiento ideal habr que recurrir a las ecuaciones de los gases reales que son variadas, ms complicadas y ms precisas. El modelo de los gases ideales posee las caractersticas siguientes: 1) Las partculas de un mismo gas, denominadas tomos y/o molculas, deben tener igual masa y

tamao. 2) Las partculas del gas son impenetrables entre s en el espacio que ocupan. 3) Las partculas del gas estn en constante movimiento y sus choques o colisiones son totalmente

elsticos, es decir, la suma de las energas cinticas de las partculas involucradas es constante.

Antes de la colisin Despus de la colisin

4) El fenmeno conocido como presin es causado por las colisiones de las molculas contra las

paredes internas del recipiente que las contiene. 5) En CNTP el dimetro de las molculas es 1/10 de la distancia que las separa y como resultado

deben ocupar un volumen real de 1/1000 del volumen total del recipiente que las contiene. 6) El nmero de molculas por unidad de volumen siempre es el mismo a presin y temperatura

constantes, para cualquier gas. 7) La temperatura absoluta de un gas es funcin solamente del promedio de la energa cintica de

todas sus molculas. Autoevaluacin 2.12. De los siguientes enunciados, los correctos para el modelo cintico molecular de los gases

son: 1. Los gases estn formados por partculas muy pequeas llamadas tomos o molculas. 2. El gas est constituido en su mayor parte por espacios vacos, debido a que las partculas se

encuentran muy separadas. 3. Las partculas se atraen constantemente buscando estar ordenadas. 4. Las partculas no se mueven rpido por lo que no chocan entre s. 5. El movimiento de las partculas aumenta cuando la temperatura se eleva.

A. 1,3,5 B. 1,2,3,4 C. 1,2,4,5 D. 1,2,5

v1i

m1

v2i

m2

v1f v2f

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2.5 Mol, masa molar, nmero de Avogadro, ley de Avogadro, volumen molar Mol (n) es la cantidad de materia expresada en gramos (g) que contiene el mismo nmero de partculas que el nmero exacto de tomos contenidos en 12 g del istopo de carbono 12. Nmero de Avogadro (NA) es la cantidad de 6.023 x 10 23 partculas; estn contenidas en una mol de cualquier clase de materia. Este nmero es tan grande que difcilmente lo podramos imaginar. A continuacin se dan algunos ejemplos de materia con el tipo de partculas contenidas en un mol:

Materia Nmero de partculas Tipo de partcula Elementos

1 mol de carbono (C) 6.023 x 1023 tomos de carbono 1 mol de aluminio (Al) 6.023 x 1023 tomos de aluminio 1 mol de cloro (Cl2) en tomos 2(6.023 x 1023) = 12.046 x 1023 tomos de cloro 1 mol de cloro (Cl2) en molculas

6.023 x 1023 Molculas de cloro

Compuestos 1 mol de agua (H2O) 6.023 x 1023 Molculas de agua 1 mol de agua (H2O) 6.023 x 1023 tomos de oxgeno 1 mol de agua (H2O) 2 x 6.023 x 1023 tomos de hidrgeno 1 mol de sacarosa (C12H22O11) 6.023 x 1023 Molculas de sacarosa

Se puede determinar la cantidad de partculas (N) que hay en una determinada cantidad de materia expresada en masa o en moles. Por ejemplo:

Cantidad en mol Cantidad en masa Cantidad de partculas (N)

Tipo de partcula

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 3.0125 x 1023 Molculas de agua

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 3.0125 x 1023 tomos de oxgeno

0.5 mol de agua (H2O) 9 g de agua (H2O) 6.023 x 1023 tomos de hidrgeno

En la tabla peridica se registran las masas atmicas y para facilitar los clculos en ocasiones se redondean a nmeros enteros. Por ejemplo la masa atmica del carbono es 12,0107 uma y la masa atmica para el oxgeno es de 15,9994 uma, los cuales al redondearse quedan en 12 uma y 16 uma respectivamente. La masa molecular es la suma de las masas atmicas de los tomos de los elementos que constituyen una molcula y se denomina masa frmula cuando se trata de un compuesto inico. Por ejemplo la masa molecular del dixido de carbono (CO2) es de 12 + 16 + 16 = 44 uma. Como nadie puede colocar un tomo o una molcula en un recipiente para poder efectuar una reaccin qumica, es necesario trabajar con muestras que contengan muchos tomos o molculas y cuya masa se pueda determinar en gramos empleando una balanza de laboratorio, entonces se considera que un mol de partculas contiene la masa reportada en la tabla peridica expresada en

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gramos (g), de tal forma que, surge una nueva relacin que se define como masa molar (M) y sus unidades son (g/mol). Por ejemplo la masa molar del dixido de carbono (CO2) es de 12 + 16 + 16 = 44 g/mol.

Ejemplos de una mol, su masa molar y nmero de partculas Sustancia Masa molar

(g/mol) Nmero de partculas

Elementos Sodio 23 6.023 x 10 23 tomos de Na Hierro 56 6.023 x 10 23 tomos de Fe Compuestos Fluoruro de sodio 42 6.023 x 10 23 unidades formulares de NaF Glucosa 180 6.023 x 10 23 molculas de C 6 H 12 O 6

Un mol de un compuesto est formada a su vez por moles de los elementos que la constituyen. Por ejemplo para formar un mol de dixido de carbono (CO2) se requieren un mol de carbono y dos moles de oxgeno. Los subndices de la frmula lo indican. Ejemplos de una mol de compuestos 1 mol de compuesto Nmero de moles del elemento 1 mol de agua (H2O) 2 mol de hidrgeno

1 mol de oxgeno 1 mol de Glucosa C 6 H 12 O 6 6 mol de carbono

12 mol de hidrgeno 6 mol de oxgeno

La ley de Avogadro dice que volmenes iguales de gases diferentes (en las mismas condiciones de temperatura y presin) contienen el mismo nmero de molculas. El volumen molar (V ) corresponde a una mol de cualquier gas y corresponde a 22.4 L cuando se encuentra en condiciones normales de temperatura y presin (CNTP) que son de 273 K y 1atm. Ejemplos: 1. Determina la masa molar para el agua.

a) Escribe la frmula y considera como base un mol del compuesto. b) Determina el nmero de moles de cada elemento presentes en un mol del compuesto. c) Consulta la masa atmica de cada elemento en la tabla peridica (puedes redondear a un

nmero entero) y exprsala en gramos. d) Para cada elemento multiplica el nmero de moles por la masa atmica correspondiente. e) Suma los resultados del paso anterior y expresa la masa molar en g/mol

Para una mol de agua (H2O)

Frmula Elementos Nmero de moles

Masa atmica (g)

Nmero de moles x masa atmica

H2O H O

2 1

1 g 16 g

2 g 16 g

Masa molar (M) H2O 18 g/mol

40

2. Calcula la cantidad de molculas que hay en 20 g de agua. Datos N = X molculas H2O m = 20 g H2O

M = 18

NA = 6.023 x 1023

Operacin N = ( 6.023 x 1023 )( )( 20 g H2O)

Resultado N = 6.69 x 1023 molculas H2O

Autoevaluacin 2.13. La cantidad de una sustancia que contiene 6.023 x 1023 unidades elementales, pudiendo ser

tomos o molculas, se conoce como: A. masa molar. B. masa atmica. C. masa molecular. D. mol. 2.14. El siguiente enunciado Volmenes iguales de diferentes gases en CNTP contienen el

mismo nmero de molculas, corresponde a la Ley: A. de Avogadro. B. de Charles. C. de Boyle. D. de Gay Lussac. 2.15. Cul de los siguientes valores corresponde a un mol de H2 y de N2? A. 2 g B. 12 uma C. 6.023 x 1023 tomos D. 6.023 x 1023 molculas 2.16. Cul de los siguientes enunciados no es consistente con el concepto de mol? A. Una mol de 12C tiene una masa de 12 gramos. B. Una mol de gas Cl2 contiene 6.023 x 1023 tomos de cloro. C. Una mol de NaCl contiene 6.023 x 1023 unidades formulares. D. Una mol de Na contiene 6.023 x 1023 tomos de sodio. 2.17. A cuntas moles equivalen 6.46 g de helio? A. 1.613 mol B. 3.230 mol C. 2.001 mol D. 0.161 mol 2.18. El nmero de molculas presentes en 1 x 10 -12 g de una feromona con frmula C19H38, es: A. 2.351 x 109

molculas.

B. 2.264 x 109 molculas.

C. 2.641 x 109 molculas.

D. 2.153 x 10-9 molculas.

2.19. Cuntos tomos existen en una masa de 0.250 g de oro? A. 196.07 tomos. B. 7.64 x 1020

tomos. C. 1.53 x 1021

tomos. D. 1.50 x 1023

tomos. 2.20. El volumen molar de un gas ideal: A. Disminuye al aumentar la temperatura. B. Tiene un valor constante de 22.4 L en CNTP. C. Disminuye al bajar la presin del gas. D. Es proporcional a la energa cintica de sus molculas.

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2.6 El aire que inhalamos y el que exhalamos La importancia de la Ley de Boyle se vuelve ms relevante cuando se consideran los mecanismos de la respiracin. Los pulmones son elsticos, con una estructura como la de un globo y estn dentro de una cmara hermtica llamada cavidad torcica. El diafragma, un msculo, forma el piso flexible de la cavidad. Segn la Ley de Boyle, la presin dentro de los pulmones disminuir cuando su volumen se incrementa. Esto causa que la presin dentro de los pulmones sea menor que la presin atmosfrica. Dicha diferencia de presiones produce un gradiente de presin entre los pulmones y la atmsfera. En el gradiente de presin, las molculas fluyen a partir del rea de mayor presin al rea de menor presin, por el proceso de difusin. As, al inhalar fluye el aire al interior de los pulmones, hasta que la presin interna sea igual a la presin de la atmsfera. Autoevaluacin 2.21. Considerando que el organismo humano requiere 600 L de oxgeno al da y el aire contiene

el 20.86% de oxgeno en volumen. Qu volumen de aire necesita inhalar en un da? A. 2876.31 L B. 125.16 L C. 12000.00 L D. 30.00 L 2.7 Reactividad de los componentes del aire 2.7.1 Nitrgeno El nitrgeno atmosfrico es una molcula muy estable, sin embargo, algunas bacterias y algas cuentan con una enzima llamada nitrogenasa que les ayuda a romper el triple enlace NN y pueden utilizarlo. El alemn Haber encontr que a presiones y temperaturas muy altas y en presencia de un catalizador se puede hacer reaccionar el nitrgeno con el hidrgeno y producir amoniaco. Los gases de sntesis entran al reactor y se calientan a una temperatura de unos 450 C y se someten a una presin de 200 atm (o superior). El catalizador est compuesto con magnetita, Fe3O4, mezclado con otros xidos (Al2O3, K2O y CaO). La magnetita se reduce in situ a hierro, lo cual proporciona una gran superficie de contacto para la catlisis. La misin de los otros xidos presentes es asegurar esta gran rea de interaccin cataltica.

200 atm, 450 C y Fe3O4

3H2 + N2 2NH3 El nitrgeno a la temperatura ambiente es inerte, por lo tanto, no se combina con el oxgeno presente en el aire, sin embargo en presencia de descargas elctricas da lugar a las siguientes reacciones:

N2 + O2 2NO monxido de nitrgeno 2NO + O2 2NO2 dixido de nitrgeno

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El nitrgeno del aire no puede ser fijado directamente por plantas y animales como es el caso del bixido de carbono anhdrido carbnico, sino que solo se fija a travs de ciertos compuestos que son sintetizados por bacterias nitrificantes (Pseudomonas radicicola) que existen en los ndulos de las races de plantas leguminosas. Cuando plantas y animales mueren, su descomposicin libera el nitrgeno proteico que contenan, del que una parte es convertido en amonaco y en el suelo ste se oxida por bacterias nitrosificantes en nitritos y por bacterias nitrificantes a nitratos, los que posteriormente son absorbidos del suelo por las plantas, que luego sirven de alimento a los animales, los que al morir y descomponerse liberan parte de su nitrgeno proteico por la accin de las bacterias desnitrificantes del suelo. Esta serie de pasos constituyen el ciclo del nitrgeno en la naturaleza. Autoevaluacin 2.22. En el aire el nitrgeno se encuentra en una proporcin de: A. 0.78 % B. 1 % C. 21 % D. 78 % 2.23. El nitrgeno forma nitratos y nitritos que se encuentran en: A. tierra frtil. B. arena seca. C. aire seco. D. aire atmosfrico. 2.24. Uno de los compuestos ms importantes del nitrgeno es el que forma al reaccionar con el

hidrgeno, y se llama: A. cido ntrico. B. cido nitroso. C. xido ntrico. D. amoniaco. 2.25. En el mtodo de Haber para producir amoniaco se efecta la siguiente reaccin:

200 atm, 450 C y Fe3O4

A. 3H2 + N2 2NH3

B. Ca(CN)2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

C. NH4OH + calor NH3 + H2O D. Mg3N2 + 3H2O 3MgO + 2NH3

2.7.2 Oxgeno El oxgeno es extremadamente reactivo y los compuestos ms sencillos que forma son los xidos. Se presenta en sus formas alotrpicas: oxgeno [O2] y ozono [O3]. Por su capacidad de aceptar dos electrones, se le conoce como un agente oxidante. Alotropa: Es la propiedad de algunos elementos que en un mismo estado fsico, pueden presentar ms de una forma, debido a diferentes arreglos moleculares o distinto nmero de tomos en la molcula. Descarga elctrica

3O2

2O3

43

En la biosfera hay intercambio del oxgeno entre las partes del medio ambiente. Uno de los procesos importantes es la fotosntesis, mediante el cual, las plantas verdes convierten el dixido de carbono y el agua, activados por energa solar, en glucosa y oxgeno liberndolo a la atmsfera. En la capa ftica de la hidrsfera (donde puede penetrar la luz solar) hay oxgeno disuelto y parte de l se libera a la atmsfera. El oxgeno que utilizan plantas y animales de la biosfera proviene de la atmsfera y de la hidrosfera generando una lenta oxidacin biolgica liberando energa que la materia viviente utiliza para sus procesos vitales. Agua, dixido de carbono y oxgeno molecular junto con las molculas de los sistemas vivos constituyen las principales sustancias que participan en el ciclo del oxgeno. Parte del oxgeno molecular de las regiones altas de la atmsfera por medio de los rayos UV genera una reaccin fotoqumica que produce ozono; este ozono se descompone con rapidez en oxgeno diatmico. Parte del dixido de carbono disuelto en la hidrosfera es aprovechado por las plantas acuticas durante la fotosntesis. En la litosfera el oxgeno se encuentra combinado con el silicio, aluminio y otros metales formando silicatos, xidos metlicos, carbonatos, nitratos, fosfatos, etc. Este oxgeno no se intercambia con facilidad con otras subesferas, excepto cuando el agua arrastra hacia los mares minerales disueltos en ella como carbonatos, nitratos y fosfatos.

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Algunas reacciones importantes son: Oxgeno + Metal xido bsico u xido metlico O2 + 4 Li 2Li2O xido de litio O2 + 2Fe 2FeO xido ferroso u xido de hierro (II) 3O2 + 4Fe 2Fe2O3 xido frrico u xido de hierro (III) xido metlico + H2O hidrxido o base Li2O + H2O 2LiOH hidrxido de litio FeO + H2O Fe(OH) 2 hidrxido ferroso o hidrxido de hierro (II) Fe2O3 + 3H2O 2Fe(OH) 3 hidrxido frrico o hidrxido de hierro (III) Oxgeno + No metal Oxido cido u xido no metlico o anhdrido O2 + S SO2 dixido de azufre o anhdrido sulfuroso 3O2 + 2S 2SO3 trixido de azufre o anhdrido sulfrico O2 + 2C 2CO monxido de carbono o anhdrido carbonoso O2 + C CO2 dixido de carbono o anhdrido carbnico N2 + O2 2NO monxido de nitrgeno 2NO + O2 2NO2 dixido de nitrgeno xido no metlico o anhdrido + H2O cido SO2 + H2O H2SO3 cido sulfuroso SO3 + H2O H2SO4 cido sulfrico CO2 + H2O H2CO3 cido carbnico N2O5 + H2O 2HNO3 cido ntrico Cl2O7 + H2O 2HClO4 cido perclrico Autoevaluacin 2.26. Los xidos de nitrgeno NO y NO2 cuando reaccionan con agua producen: A. hidrxidos. B. cidos. C. bases. D. hidruros. 2.27. De los siguientes enunciados, los correctos son:

1. El oxgeno a la temperatura ambiente, es inerte. 2. El oxgeno es un combustible, presente en toda combustin. 3. El oxgeno causa el envejecimiento de los organismos. 4. El oxgeno es el comburente durante la combustin. 5. Los compuestos ms sencillos que forma el oxgeno, son los xidos.

A. 1,3,5 B. 3,4,5 C. 2,4,5 D. 2,3,4 2.28. Un xido metlico reacciona con agua dando lugar a: A. oxisales. B. hidrxidos o bases. C. hidrcidos. D. oxicidos.

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2.29. Alotropa es la propiedad de algunos elementos de presentarse: A. en varias formas en diferentes estados fsicos. B. en la misma forma en diferentes estados fsicos. C. en varias formas en un mismo estado fsico. D. en la misma molcula en diferente estado fsico. 2.30. El oxgeno se encuentra en el aire en una proporcin de: A. 79% B. 0.79% C. 0.21% D. 21% 2.31. Al reaccionar el oxgeno con los metales genera: A. oxicidos. B. xidos bsicos. C. xidos cidos. D. hidrxidos. 2.32. Al reaccionar el oxgeno con los no metales genera: A. oxicidos. B. xidos bsicos. C. xidos cidos. D. hidrcidos.

2.7.3 Dixido de carbono El dixido de carbono (CO2) forma parte del aire y es uno de los principales reguladores del clima en el planeta. La elevacin de la concentracin del CO2 en la atmsfera provoca el efecto invernadero, con el correspondiente sobrecalentamiento de la Tierra. Este gas es empleado en la industria de bebidas: carbonatadas (refrescos), vinos, cerveza, obtencin de carbonatos y bicarbonatos; como elemento de inhibicin de combustin en extintores; como refrigerante en la industria y en la fabricacin de hielo seco. En la naturaleza y con relacin a la existencia de los seres vivos, las reacciones importantes del CO2 incluyendo la fotosntesis son: 2 C(s) + O2 (g) 2CO(g) 2 CO(g) + O2(g) 2CO2(g) Fe3O4(s) + 4CO(g) 3Fe(s) + 4CO2(g) CO2(ac) + H2O(l) H2CO3(ac) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2 (g) Ca2+ (ac) + 2 HCO3 1- (ac) Ca 2 + + 2 (HCO3)1-(ac) CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2(g) CaCO3(s) + SiO2(s) CaSiO3(s) + CO2(g) El carbono se encuentra disuelto en el agua marina en forma de dixido de carbono, bicarbonatos y carbonatos, en una proporcin entre ellos que se mantiene en un determinado equilibrio. De la atmsfera se absorbe CO2 y los ros aportan iones de calcio y bicarbonatos.

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Al final de las reacciones, parte del carbono precipita en el fondo en forma de carbono orgnico fotosinttico y en forma de carbono inorgnico contenido en la caliza, CaCO3, de las conchas y caparazones de animales marinos. A la atmsfera pasa oxgeno (no consumido en la respiracin) y tambin parte del CO2. En el conjunto de las reacciones qumicas y de los intercambios, el mar en su conjunto resulta ser a la larga un absorbente de CO2 atmosfrico y un emisor de oxgeno; pero existen regiones de fue