Definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Aunque el origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, las partículas subatómicas.
Generalmente, estas partículas subatómicas con las que están formados los átomos son tres: los electrones, los protones y los neutrones. Lo que diferencia a un átomo de otro es la relación que se establecen entre ellas.
Los electrones tienen una carga negativa y son las partículas subatómicas más livianas que tienen los átomos. La carga de los protones es positiva y pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los únicos que no tienen carga eléctrica son los neutrones que pesan aproximadamente lo mismo que los protones.
Los protones y neutrones se encuentran agrupados en el centro del átomo formando el núcleo atómico del átomo. Por este motivo también se les llama nucleones. Los electrones aparecen orbitando alrededor del núcleo del átomo.
De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que en el escorzo, alrededor del núcleo atómico, hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.
Esta descripción de los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico corresponde al sencillo modelo de Bohr. Según la mecánica cuántica cada partícula tiene una función de onda que ocupa todo el espacio y los electrones no se encuentran localizados en órbitas aunque la probabilidad de presencia sea más alta a una cierta distancia del núcleo.
2- Propiedades de los átomos
Las unidades básicas de la química son los átomos. Durante las reacciones químicas los átomos se conservan como tales, no se crean ni se destruyen, pero se organizan de manera diferente creando enlaces diferentes entre un átomo y otro.
Los átomos se agrupan formando moléculas y otros tipos de materiales. Cada tipo de molécula es la combinación de un cierto número de átomos enlazados entre ellos de una manera específica.
Según la composición de cada átomo se diferencian los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica de los elementos químicos. En esta tabla podemos encontrar el número atómico y el número másico de cada elemento:
- Número atómico, se representa con la letra Z, indica la cantidad de protones que presenta un átomo, que es igual a la de electrones. Todos los átomos con un mismo número de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas. Por ejemplo todos los átomos con un protón serán de hidrógeno (Z = 1), todos los átomos con dos protones serán de helio (Z = 2).
- Número másico, se representa con la letra A, y hace referencia a la suma de protones y neutrones que contiene el elemento. Los isótopos son dos átomos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Los isótopos de un mismo elemento, tienen unas propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí.
A = p+ + n°
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1. REALICE UN MAPA CONCEPTUAL EN SU CUADERNO DE ESTE TEXTO
La concentración de las disoluciones en términos cualitativos, también llamados empíricos, no toma en cuenta cuantitativamente (numéricamente) la cantidad exacta de soluto y disolvente presentes, y dependiendo de su proporción la concentración se clasifica como sigue:
Diluida o concentrada
Ejemplo de disolución concentrada: Miel
A menudo en el lenguaje informal, no técnico, la concentración se describe de una manera cualitativa, con el uso de adjetivos como "diluido" o "débil" para las disoluciones de concentración relativamente baja, y de otros como "concentrado" o "fuerte" para las disoluciones de concentración relativamente alta. En una mezcla, esos términos relacionan la cantidad de una sustancia con la intensidad observable de los efectos o propiedades, como el color, sabor, olor, viscosidad, conductividad eléctrica, etc, causados por esa sustancia. Por ejemplo, la concentración de un café puede determinarse por la intensidad de su color y sabor, la de una limonada por su sabor y olor, la del agua azucarada por su sabor. Una regla práctica es que cuanto más concentrada es una disolución cromática, generalmente más intensamente coloreada está.
Ejemplo de disolución diluida: azúcar en el café
Dependiendo de la proporción de soluto con respecto al disolvente, una disolución puede estar diluida o concentrada:
Disolución diluida: es aquella en donde la cantidad de soluto está en una pequeña proporción en un volumen determinado.
Disolución concentrada: es la que tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
Las disoluciones saturadas y sobresaturadas pueden ser diluidas o concentradas dependiendo de su solubilidad, así una disolución de saturada de NaCl (sal común) será concentrada, pero una disolución saturada de CaCO3 (calcita o caliza) será diluida porque es muy poco soluble.
Ejemplo de disolución diluida: azúcar en el café.
Ejemplo de disolución concentrada: la miel (los azúcares de la misma en el agua).
tipos de disoluciones
Diluida
Concentrada
Es aquella que tiene una cantidad de soluto disuelto relativamente pequeña.
Es una disolución que contiene cantidades relativamente grandes de soluto disuelto.4
Insaturada, saturada y sobresaturada
La concentración de una disolución puede clasificarse, en términos de la solubilidad. Dependiendo de si el soluto está disuelto en el disolvente en la máxima cantidad posible, o menor, o mayor a esta cantidad, para una temperatura y presión dados:
Disolución insaturada: Es la disolución en la cual el soluto no llega a su concentración máxima que puede diluir.
Disolución saturada: En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.
Disolución sobresaturada: tiene más soluto que el máximo permitido en una disolución saturada. Cuando se calienta una disolución saturada, se le puede disolver una mayor cantidad de soluto. Si esta disolución se enfría lentamente, puede mantener disuelto este soluto en exceso si no se le perturba. Sin embargo, la disolución sobresaturada es inestable, y con cualquier perturbación, como por ejemplo, un movimiento brusco, o golpes suaves en el recipiente que la contiene, el soluto en exceso inmediatamente se precipitará, quedando entonces como una disolución saturada.5
Tipos de Disoluciones
Insaturada
Saturada
Sobresaturada
Contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver
Contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica
Contiene más soluto que la cantidad soportada en condiciones de equilibrio por el disolvente, a una temperatura dada.
Concentración en términos cuantitativo
Términos cuantitativos de disolución
Nombre
Definición
Definición
Propiedad de una disolución medida cuando se suministra
Peso por ciento
Unidades en peso de soluto contenidas en 100 unidades de peso de disolución.
Gramos de soluto /100 gramos de disolución
Peso de disolución
Concentración en peso
Peso de soluto contenido en una unidad de volumen de disolución.
Gramos de soluto / Litros de disolución
Volumen de disolución
Molaridad (M)
Número de moles de soluto contenidas en 1 lt de disolución.
Moles de soluto /Litros de disolución
Volumen de disolución
Normalidad (N)
Número de equivalentes de soluto contenidos en 1 lt de disolución.
Equivalencia de soluto / Litros de disolución
Volumen de disolución
Molalidad
Número de moles de soluto por kilogramo de disolvente.
Moles de soluto / Kilogramos de disolvente
Peso de disolución
Para usos científicos o técnicos, una apreciación cualitativa de la concentración casi nunca es suficiente, por lo tanto las medidas cuantitativas son necesarias para describir la concentración.
A diferencia de las concentraciones expresadas de una manera cualitativa o empírica, las concentraciones expresadas en términos cuantitativos o valorativos toman en cuenta de una manera muy precisa las proporciones entre las cantidades de soluto y disolvente que se están utilizando en una disolución. Este tipo de clasificación de las concentraciones es muy utilizada en la industria, los procedimientos químicos, en la farmacia, la ciencia, etc., ya que en todos ellos es necesario mediciones muy precisas de las concentraciones de los productos.6
Hay varias maneras de expresar la concentración cuantitativamente, basándose en la masa, el volumen, o ambos. Según cómo se exprese, puede no ser trivial convertir de una medida a la otra, pudiendo ser necesario conocer la densidad. Ocasionalmente esta información puede no estar disponible, particularmente si la temperatura varía. Por tanto, la concentración de la disolución puede expresarse como:
Los alcanos son compuestos formados por carbono e hidrógeno que sólo contienen enlaces simples carbono – carbono. Cumplen la fórmula general CnH2n+2, donde n es el número de carbonos de la molécula.
Alcanos, en los cuales, los carbonos se enlazan de manera continua ( sin ramificaciones) se denominan alcanos de cadena lineal.
La familia de alcanos lineales es un ejemplo de serie homóloga. Serie homóloga de compuestos es una en la cual sucesivos miembros difieren en un grupo metileno (CH2) . La fórmula general para alcanos homólogos es CH3(CH2)nCH3. Propano (CH3CH2CH3, con n=1) y butano (CH3CH2CH2CH3, con n=2) son homólogos.
En una serie homóloga las propiedades físicas varían de forma continua , tanto los puntos de fusión como los de ebullición van aumentando a medida que aumenta el número de carbonos de la molécula.
TAREA
1. ESCRIBA LA ESTRUCTURA DE LOS ONCE PRIMEROS ALCANOS EN UNA HOJA PERFORADA
2. REALICE UN MAPA CONCEPTUAL EN SU CUADERNO, DE ESTE TEMA CON LA AYUDA DE ESTE TEXTO
Losalcanos lineales son hidrocarburos saturados cuya fórmula química general esn-CnH2n+2. Al tratarse de hidrocarburos saturados, todos sus enlaces son simples (C-H) y se componen únicamente de átomos de carbono e hidrógeno. También reciben el nombre de parafinas, diferenciándolos de los alcanos ramificados a los cuales se les llaman isoparafinas.
Estos hidrocarburos carecen de ramificaciones y anillos. Más que líneas, esta familia de compuestos orgánicos se asemejan más a cadenas (Straight chain alkane); o desde un ángulo culinario, a espaguetis (crudos y cocinados).
Si los espaguetis crudos fueran menos quebradizos, tendrían una semejanza aún más cercana a los alcanos lineales. Fuente: Pixabay.
Los espaguetis crudos vienen a representar el estado ideal y aislado de los alcanos lineales, aunque con una pronunciada tendencia a quebrarse; mientras que los cocinados, sin importar que estén al dente o no, se aproximan a su estado natural y sinérgico: unos interaccionando con otros en un todo (el plato de pasta, por ejemplo).
Este tipo de hidrocarburos se encuentran naturalmente en el gas natural y en los yacimientos petroleros. Los más livianos presentan características lubricantes, mientras que los pesados se comportan como un asfalto indeseable; soluble, sin embargo, en parafinas. Sirven muy bien como solventes, lubricantes, combustibles y asfaltos
Estructura de los alcanos lineales
Grupos
Se hizo mención de que la fórmula general de estos alcanos es CnH2n+2. Esta fórmula es la misma de hecho para todos los alcanos, sean lineales o ramificados. La diferencia entonces en la n- que antecede la fórmula del alcano, cuya denotación quiere decir “normal”.
Se verá más adelante que esta n- es innecesaria para alcanos con un número de carbono igual o menor a cuatro (n ≤ 4).
Una línea o cadena no puede constar de un único átomo de carbono, por lo que se descarta para la explicación el metano (CH4, n = 1). Si n = 2, tenemos el etano, CH3-CH3. Nótese que este alcano consiste de dos grupos metilos, CH3, enlazados entre sí.
Aumentando el número de carbonos, n = 3, se obtiene el alcano propano, CH3-CH2-CH3. Ahora aparece un nuevo grupo, CH2, llamado metileno. No importa qué tan grande sea el alcano lineal, siempre tendrá dos grupos nada más: CH3 y CH2.
Longitudes de sus cadenas
Cuando aumenta n o el número de carbonos del alcano lineal, hay una constante en todas las estructuras resultantes: se incrementa el número de grupos metilenos. Por ejemplo, supóngase los alcanos lineales con n = 4, 5 y 6:
CH3-CH2-CH2-CH3(n-butano)
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 (n-pentano)
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 (n-hexano)
Las cadenas se vuelven más largas porque adicionan a sus estructuras grupos CH2. Así, un alcano lineal extenso o corto difiere en cuántos CH2 separa a los dos grupos terminales CH3. Todos estos alcanos tienen nada más dos estos CH3: al principio de la cadena y al final de la misma. Si tuviera más, implicaría la presencia de ramificaciones.
Asimismo, puede verse la ausencia total de los grupos CH, presentes solo en las ramificaciones o cuando hay grupos sustituyentes enlazados a uno de los carbonos de la cadena.
La fórmula estructural puede resumirse de la siguiente manera: CH3(CH2)n-2CH3. Intente aplicarla e ilustrarla.
Conformaciones
Conformaciones estructurales de los alcanos lineales. Fuente: Gabriel Bolívar.
Algunos alcanos lineales pueden ser más largos o cortos que otros. Siendo así, n puede tener un valor de 2 a ∞; esto es, una cadena compuesta infinitos grupos CH2 y dos grupos CH3 terminales (en teoría es posible). Sin embargo, no todas las cadenas se “acomodan” de la misma manera en el espacio.
Es aquí donde surgen las conformaciones estructurales de los alcanos. ¿A qué se deben? A la rotabilidad de los enlaces C-H y la flexibilidad de los mismos. Cuando estos enlaces giran o rotan entorno a un eje internuclear, las cadenas comienzan a flexionarse, plegarse o enrollarse, alejándose de su característica lineal original.
Lineal
En la imagen superior, por ejemplo, se muestra en la parte más alta una cadena de trece carbonos que permanece lineal o extendida. Esta conformación es la ideal, ya que se asume que el entorno molecular afecta en lo mínimo la disposición espacial de los átomos de la cadena. Nada la perturba y no tiene necesidad de doblarse.
Enrollada o plegada
En el medio de la imagen, la cadena de veintisiete carbonos experimenta una perturbación externa. La estructura, para hallarse más “cómoda”, rota sus enlaces de tal manera que vaya plegándose sobre sí misma; tal como un espagueti largo.
Estudios computacionales demostraron que el máximo número de carbonos que puede tener una cadena lineal es de n = 17. A partir de n = 18, es imposible que no empiece a doblarse o enrollarse.
Mixta
Si la cadena es muy larga puede haber regiones de la misma que permanezcan lineales mientras otros se hayan doblado o enrollado. De todas, esta es quizás la conformación más cercana a la realidad.
Propiedades
Físicas
Al tratarse de hidrocarburos, son en esencia apolares, y por tanto, hidrofóbicos. Esto significa que no pueden mezclarse con el agua. Son poco densos debido a que sus cadenas dejan demasiados espacios vacíos entre ellas.
Asimismo, sus estados físicos van desde gaseosos (para n < 5), líquidos (para n < 13) o sólidos (para n ≥ 14), y dependen de la longitud de la cadena.
Interacciones
Las moléculas de los alcanos lineales son apolares, y por lo tanto, sus fuerzas intermoleculares son de tipo dispersión de London. Las cadenas (probablemente adoptando una conformación mixta), se atraen entonces por acción de sus masas moleculares y los dipolos inducidos instantáneos de sus átomos de hidrógeno y carbono.
Es por esta razón que cuando la cadena se vuelve más larga, y por ende, más pesada, aumenta de igual modo sus puntos de ebullición y fusión.
Mientras más larga sea la cadena, más inestable es. Por lo general, sufren rupturas de sus enlaces para originar cadenas más pequeñas a partir de una grande. De hecho, a este proceso se le conoce comocraqueo, altamente utilizado en la refinación del petróleo.
Nomenclatura
Para nombrar los alcanos lineales basta con adicionar el indicador n- antes del nombre. Si n = 3, como ocurre con el propano, se tiene que es imposible que este alcano presente ramificación alguna:
CH3-CH2-CH3
Cosa que no ocurre a partir de n = 4, es decir, con el n-butano y los demás alcanos:
CH3-CH2-CH2-CH3
O
(CH3)2CH-CH3
La segunda estructura corresponde al isobutano, el cual consiste de un isómero estructural del butano. Para diferenciar uno de otro, entra en juego el indicador n-. Así, el n-butano se refiere únicamente al isómero lineal, sin ramificaciones.
Mientras mayor sean n, mayor será el número de isómeros estructurales y mayor importancia tendrá utilizar n- para referirse al isómero lineal.
Por ejemplo, el octano, C8H18 (C8H8×2 + 2), presenta hasta trece isómeros estructurales, ya que son posibles muchas ramificaciones. El isómero lineal, sin embargo, se nombra: n-octano, y su estructura es:
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
Ejemplos
Se mencionan a continuación y para finalizar algunos alcanos lineales:
-Etano (C2H6): CH3CH3
-Propano (C3H8): CH3CH2CH3
–n-Heptano (C7H16): CH3(CH2)5CH3.
– n-Decano (C10H22): CH3(CH2)8CH3.
–n-Hexadecano (C16H34): CH3(CH2)14CH3.
–n-Nonadecano (C19H40): CH3(CH2)17CH3.
–n-Eicosano (C20H42): CH3(CH2)18CH3.
– n-Hectano (C100H202): CH3(CH2)98CH3.
TAREA
1. EN UNA HOJA PERFORADA ESCRIBA DIEZ ALANOS LINEALES CON SUS NOMBRE Y ESTRUCTURA
