trabajo final "LOS POLIMEROS"

Polímeros

Definición

La palabra polímeros significa compuesto de varias partes y se emplea para designar las grandes moléculas o macromoléculas (elevadas de peso molecular) constituida por una cadena o una red de unidades repetitivas (monómero). El número de unidades que se repiten en una molécula grande se llama grado de polimerización.
En la mayoría de las sustancias orgánicas presente en la materia viva, como las proteínas, la madera, la quitina, el caucho y las resinas, son polímeros, también lo son muchas materias sintéticas como los plásticos, las fibras (nylon y rayón), los adhesivos, el vidrio y las porcelanas.
Estructura de polímeros

• Los homopolímeros: son aquellos que están formados por unidades monoméricas idénticas.
• Los copolímeros: son aquellos que están formados, por cuatro monómeros diferentes, que contienen irregularidades en cantidades menores en los extremos de la cadena y en las uniones de las ramas.
- Copolímeros al azar: son aquellos monómeros que se agrupa en forma azarosa ( mezclados)
- Copolímeros alternados: son aquellos monómeros que se van alternando.
- Copolímeros en bloque: son aquellos monómeros diferentes que se van alternando en dos de cada tres unidades monoméricas unidad por valencias químicas en una sola cadena.
- Copolímeros injertados: son aquellos monómeros que parten de una cadena lineal y van agregando ramificaciones.


*Polímero lineal *Polímero ramificado *Polímero entrecruzado
Por ejemplo: A-A-A-A-A-A Por ejemplo: A-A-A-A-A-A Por ejemplo:A-A-A-B-B-B-A-A-A

B-B-B-B-B-B

• Cantidades de polímeros ramificados: tienen diferentes grados, de este modo las cadenas son muchos mas cortas.
• Los polímeros entrecruzados: estas cadenas están interconectadas por medio de ramificaciones y son mucho más cortas que las cadenas principales.
• Entre los polímeros lineales y ramificados: constituyen la mayor parte de termoplásticos, estos pueden fundirse y moldearse varías veces. En cambio los polímeros termoestables están entrecruzados unidos por enlaces covalentes y no pueden volver a procesarse. El nombre con lo que se conocen (resina)





Clasificación

Polímeros naturales: son aquellos que proveen la naturaleza que mediante la fabricación se los aplican en los materiales se utilizaran de diversos fines. Por ejemplo la fabricación de las viviendas indumentarias, herramientas, etc.
También ha sido utilizada la madera y otros forrados por polímeros naturales como fibras vegetales, sedas, cueros, lana, etc.
Uno de los polímeros naturales es las fibras textiles (algodón, el lino, el yute, la madera, el cuero, la seda), son materias primas o recursos naturales, que están formados en un alto porcentaje.

Según su origen

• Mineral: el petróleo es la principal materia prima de la que se obtiene la mayoría de los plásticos sintéticos, también se puede obtener a partir del gas natural o de la hulla.
• Animal: la caseína (sustancia que se obtiene de la leche), es la materia con la que se obtiene la galatita, material plástico, con el que se fabrica peines, botones, etc.
• Vegetal: a partir del látex (producido por ciertos árboles tropicales), se obtienen gomas y cauchos, a partir de la celulosa, es posible obtener celofán y celuloide.
Celuloide y celofán

El celuloide o nitrocelulosa es obtenido de la celulosa; este es resistente a los choques, se moldea con facilidad, sé reduce a láminas muy finas y tienen muy alta inflamabilidad. Se utiliza el ácido nítrico para los tratamientos y como catalizador el ácido sulfúrico.
En reemplazo del celuloide, se usa el acetato de celulosa, por que es resistente, poco inflamable, transparente y tenaz. Son tratados con ácido acético y como catalizador el ácido sulfúrico.
A partir de la celulosa se obtienen una pasta viscosa mediante los procesos realizados, por el cual se disuelve con hidróxido de sodio, para hacerlo pasar a una ranura larga y estrecha con un baño de ácido y así se obtiene una película de celofán.
Elastómeros. Definición
Un elastómero posee un alto grado de elasticidad que es característico del caucho: puede ser deformado considerablemente, para, sin embargo, volver a su forma original. En general, los elastómeros no tiene grupos muy polares o lugares muy aptos para puentes de hidrogeno: las cadenas extendidas no se ajustan muy bien entre si por lo que no pueden operar eficientemente las fuerzas de Van Der Waals.
Un requisito adicional: las cadenas largas de un elastómero se conectan entre si por enlaces cruzados ocasionales: deben ser suficientes para evitar el deslizamiento de las moléculas, pero no privar a las cadenas de la flexibilidad necesaria para extenderse con facilidad y volver nuevamente al desorden.
El caucho natural ilustra estos requisitos estructurales de un elastómero; cadenas largas y flexibles; fuerzas intermoleculares débiles y enlaces intermoleculares ocasionales. El caucho es cis-1,4-poliisopreno. Al no tener sustituyentes fuertemente polares, la atracción intermolecular queda limitada a las fuerzas de Van Der Waals, débiles por la configuración cis en todos los dobles enlaces. La figura que se encuentra a continuación compara las cadenas extendidas del caucho con la de su isómero trans. Apreciamos que la configuración trans permita cadenas extendidas muy regularmente zigzagueantes que pueden juntarse bien, cosa que no es posible para la configuración cis. El estéreoisómero totalmente trans se encuentra en la naturaleza en forma de gutapercha; es altamente cristalino y carece de elasticidad.



Caucho Natural

En la antigüedad todo el látex empleado en la industria del caucho se obtenía de árboles silvestres; en la actualidad se extrae de árboles cultivados que crecen bajo condiciones agrícolas reguladas.
Cuando el árbol del caucho o Hevea Brasiliensis tiene varios años, se practican incisiones poco profundas en su corteza, se las que fluye un líquido viscoso y blancuzco: látex .Periódicamente se retira el látex acumulado en recipientes atados al tronco, cada árbol rinde 5-6 litros por año.
El caucho se obtiene del árbol por medio de un tratamiento sistemático de "sangrado", que consiste en hacer un corte en forma de ángulo a través de la corteza profundizando hasta el cambium. Una pequeña vasija que cuelga en el tronco del árbol para recoger el látex, jugo lechoso que fluye lentamente de la herida del árbol.
Generalmente el porcentaje de caucho (hidrocarburo) decrece del tronco a las ramas y hojas. La época del año afecta a la composición del látex, así como el tipo de suelo y la línea o casta del árbol. El caucho es una secreción irreversible o producto de desecho del árbol, y cuanto más se extrae, tanto más la planta regenera. El caucho es producido en el protoplasma por reacciones bioquímicas de polimerización catalizadas por enzimas.



El análisis químico revela que el látex esta compuesto por:
Agua………………………..55-65%
Caucho (hidrocarburo)………..30-40%
Proteína………………………2-3%
Ácidos grasos y esteres………0.5-1%
Quebrachitol………………….0.5-1%
Sales inorgánicas…………... 0.4-0.6%

El látex fresco es transformado en caucho seco tan pronto como sea posible después de la recolección. Primeramente, se cuela por un tamiz de lámina perforada para eliminar partículas de hojas y corteza. En seguida se diluye de su concentración de 30-35% de caucho a un título aproximado de 12%. Algunas plantaciones usan un hidrómetro especial llamado Metralac, que determina el contenido sólido del látex sin realizar el ensayo por evaporación. Después de la dilución, se deja el látex en reposo un corto tiempo para que las materias no separadas por el tamiz (arena y cieno) se sedimenten. Entonces está dispuesto para la coagulación.
El ácido fórmico está considerado como el mejor de los coagulantes para el caucho natural, pero el ácido acético se uso también mucho. Otros ácidos, el alumbre ordinario y el alumbre de amonio han sido usados como coagulantes. La cantidad de ácido requerida, depende del estado de los árboles y de las condiciones climáticas. Los árboles jóvenes dan un látex inestable y durante la sangría ha de añadirse al mismo algo de amoníaco para asegurar su estabilidad hasta su manufactura. Este amoníaco ha de tomarse en cuenta al determinar la cantidad de ácido necesario. El látex de árboles grandes, que no ha recibido amoníaco, necesita 40 ml de ácido fórmico (90%) por cada 100 litros de látex (con 12% de sólidos). El ácido de 90% se diluye en agua hasta una concentración de 4% y se mezcla muy bien con el látex. El volumen de ácido debe controlarse cuidadosamente, pues el exceso impide la coagulación. En intervalo de pH de 5.05 a 4.77 está el punto isoeléctrico en que se efectúa la coagulación del caucho. Dicho intervalo se denomina también primera zona de sólido.
El caucho natural es un polímero se alto peso molecular formado por la condensación del monómero denominado isopreno, que es un hidrocarburo insaturado con un par de enlaces conjugados.




Al reunirse muchas moléculas de este monómero se origina el polímero de alto peso molecular, que es el caucho natural.



Como observa la macromolécula del caucho, presenta un doble enlace por cada unidad de monómero.
Este doble enlace hace que el caucho se envejezca perdiendo con el tiempo su resistencia y su elasticidad.
Para prevenir en parte ese proceso se le agregan sustancias denominadas antioxidantes.
El envejecimiento se debe a la fijación del oxigeno del aire sobre la doble ligadura.
Caucho Guayule
El arbusto guayule, perteneciente a la familia de las compuestas, es una fuente de caucho natural en América del norte. El guayule es indígena en el norte y centro de México y se extiende hasta Texas. El cultivo de este arbusto, que habita en un ambiente semidesértico, comenzó en 1942, año en que, a causa de la segunda guerra mundial, se corto el suministro de los principales países productores de caucho natural.
Lo contrario que el árbol del hevea, en el cual el látex circula por un sistema de canales, el caucho en el guayule esta encerrado en células. Para obtener el caucho del guayule se deshoja el arbusto en agua hirviendo. Se corta el arbusto en trozos de unos 3 mm, se muelen con piedras de pedernal en un molino parcialmente lleno de agua, se deja flotar el caucho, se sedimentan los residuos de la planta en un tanque de flotación con agua, se hierven para extraer el material ocluido, se hace nueva flotación y se seca el caucho bruto.
Puesto que el caucho guayule crudo es susceptible de oxidación en mayor grado que el caucho bruto de la hevea, se le añade un antioxidante. El 4,4-diaminofenilmetano es un antioxidante eficaz.
El caucho de guayule es químicamente idéntico al del hevea como polímero cis del isopreno. Pero su peso molecular es algo menor y el porcentaje de impurezas es mayor.
Gutapercha
La gutapercha se obtiene de ciertos árboles pertenecientes a la familia de las sapotáceas. La gutapercha silvestre se obtenía en un principio, cortando el árbol y despojándolo de su corteza; el tronco exudaba entonces la goma, que se arrancaba del mismo por rascado en masas coaguladas. Hoy la mayor producción de gutapercha se obtiene de plantaciones formadas por híbridos de especies de palaquium. Las hojas maduras se recogen periódicamente y se trituran en molinos que liberan las fibras de gutapercha con poca desintegración del polímero. La masa se trata entonces con agua a unos 70 ºC. Durante 30 minutos para que los tejidos de las hojas se ablanden. Esta masa se sumerge en agua fría y la gutapercha asciende a la superficie donde es recogida. Por el lavado se obtiene un producto de mayor pureza. Además de la extracción de la gutapercha de las hojas, los árboles pueden ser sangrados sistemáticamente como se hace con el hevea. El látex se coagula por acción del agua caliente y la gutapercha es recuperada. Para obtener una gutapercha más pura, se extraen con uno disolvente las resinas y gomas insolubles en el agua. La gutapercha se comprime finalmente en bloques que se envían al mercado.
Métodos de obtención del caucho natural

Por acidificación: como el látex sufre un proceso de coagulación al cabo de pocas horas, que lo transforma en masas heterogéneas de poco valor comercial, se lo conserva por el agregado de de amoníaco, formol o fosfato de sodio, a esta se la denomina emulsión.
Esto permite transportar el látex hasta las empresas productoras del caucho sin temor a que se altere.
En la industria la coagulación se realiza es tanques especiales a temperatura ambiente y agitando.
Cuando la coagulación se es completa se separa el caucho y se somete a un lavado para separar el líquido del látex (suero) que pudiera acompañarlo. Para esto se hace pasar la masa de caucho entre dos cilindros se acero estirados, al mismo tiempo que cae sobre ellos una permanente lluvia de agua.
Finalmente el caucho natural se lo hace pasar por un cilindro final que lo transforma en una hoja de superficie irregular y se denomina caucho crepe, este caucho es semisólido y muy elástico, insoluble en benceno, sulfuro de carbono (S2C) y tetracloruro de carbono (Cl4C).Primeramente la masa se esponja aumentando el volumen y después se disuelve, con el líquido obtenido, espeso y viscoso se preparan pigmentos.
Este caucho se lo seca en secadores automáticos, para evitar su descomposición por las bacterias, obteniéndose una masa blanco-amarillenta.
Otros ácidos que sirven para la coagulación pueden ser alumbre ordinario y alumbre de amonio, la cantidad de ácido requerido depende del estado de los árboles y de las condiciones climáticas. Los árboles jóvenes dan látex inestable y durante la sangría ha de añadirse amoníaco para asegurar su estabilidad hasta su manufactura.
El amoníaco es preferido a otros conservadores porque es bactericida y aumenta el PH del sistema haciéndolo así más estable. La desventaja que presenta es su elevado costo, su olor desagradable y pérdidas por volatilización.

Por centrifugación: es el método más moderno y de mejor rendimiento. Para ello se diluye el látex con agua y se lo somete al proceso de la centrifugación.

Por calentamiento: las hojas de caucho se las pueden secar en una atmósfera de humo obtenida por la combustión de madera fresca a 40-50ºC, durante 7 a 11 días, obteniéndose así el llamado caucho ahumado de color parduzco.
La acción antiséptica del humo evita la descomposición bacteriana de los componentes del suero que activan la maduración del caucho y por esta razón aumenta la velocidad de vulcanización.
No obstante la prolongación del ahumado tiende a despolimerizar el caucho con prejuicio de sus propiedades de esfuerzo/deformación y de sus caracteres de envejecimiento.
En conclusión el uso de láminas más delgadas, menores temperaturas, menor circulación de aire, menor tiempo de secado y de un procedimiento de secado en dos etapas ha mejorado las propiedades físicas se las láminas de caucho.

Vulcanización del caucho:

Este proceso tiene por objeto transformar el caucho natural en producto más durable, impermeable y aumentar la temperatura a la cual pierde las propiedades características de elasticidad.
Para ello se lo reblandece tratándolo con agua caliente y luego se lo divide en máquinas especiales, obteniéndose como una masa homogénea y sin poros.
Amasando bien el caucho con azufre y calentándolo a una temperatura superior a 100 ºC, el azufre se combina químicamente con el caucho y el producto que resulta tiene propiedades mucho más útiles; no se deforma por el calor, no es quebradizo en frío y sobre todo, no es pegajoso. A demás, si se estira un trozo, recupera después de la tensión su forma primitiva. Los anillos del S8 se abren y se combinan con los dobles enlaces de las moléculas de caucho formando puentes de cadenas de azufre de una molécula de caucho a otra y dando lugar a una trama total. Este proceso se llama vulcanización. Distintas sustancias como el negro de humo y óxidos de zinc y plomo, y muchos productos orgánicos, actúan de acelerantes de la vulcanización, dando a demás un caucho más tenaz y duradero (cámaras para ruedas de automóvil).


Gomas Blandas: contienen 0.5-5% de azufre, mientras menor sea la cantidad de azufre más dilatable y elástica será, debido a un proceso de envejecimiento natural de la goma, al cabo de algún tiempo se vuele frágil, pierde elasticidad y se hace pegajosa. Por ello se las suelen espolvorear con talco (por ej: la goma de los elastiquines).
Gomas Duras (ebonita): contienen 40-45% produciendo un sólido negro, este tipo de gomas se pueden trabajar por arranque de viruta pero desgasta las herramientas, se emplea para manivelas, volantes de dirección de automóviles, es un buen aislante eléctrico.
Gomas Esponjosas: se obtienen haciendo que el caucho sea agitado con azufre en polvo y otros elementos para conseguir espuma, luego se lo vulcaniza elevando la temperatura y la presión. Se emplea en colchones, almohadillas y en la fabricación de esponjas de baño.




Propiedades físicas
Las propiedades físicas del caucho bruto varían con la temperatura. A bajas temperaturas, se vuelve rígido, y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa. Calentando a más de 100 ºC., se ablanda y sufre alteraciones permanentes. El caucho bruto adquiere gran deformación permanente debido a su naturaleza plástica. La plasticidad del caucho varía de un árbol a otro y también depende de la cantidad de trabajo dedo al caucho desde el estado látex, de las bacterias que lo acompañan e influyen en su oxidación y de otros factores. La plasticidad puede modificarse dentro de ciertos límites por la acción de productos químicos.
La densidad del caucho a 0 ºC. Es de 0.950 a 20 ºC. es de 0.934. El caucho bruto deshelado después de la masticación por cilindros fríos no varia de densidad.
Cuando el caucho bruto ha sido estirado y deformado durante algún tiempo, no vuelve completamente a su estado original. Si entonces se calienta, la recuperación es mayor que a la temperatura ordinaria. Este fenómeno se denomina deformación residual o estiramiento permanente y es propio del caucho.
El caucho bruto absorbe agua. Los coagulantes usados en el látex al preparar el caucho afectan al grado de absorción de agua; usando ácido clorhídrico, sulfúrico o alumbre se obtienen cauchos con poder de absorción relativamente elevado. El poder de absorción de agua del caucho purificado es muy bajo.
Gran variedad de sustancias son solubles o pueden dispersarse en caucho bruto, tales como el azufre, colorantes, ácido esteárico, N-fenil-2-naftilamina, mercaptobenzitiazol, pigmentos, aceites, resinas, ceras, negro de carbono y otras.
Propiedades químicas
Disolventes del caucho natural. La solubilidad del caucho bruto en sus disolventes más comunes no es muy elevada. Para hacer una solución de 10% es necesaria cierta disociación, ya por medios químicos, empleando un oxidante, ya por medio físicos, utilizando un molino. Los cementos y soluciones de caucho comerciales se hacen por los métodos citados. En la práctica, los disolventes más usados son el benceno y la nafta. Otros buenos disolventes son el tricloroetileno, tetracloroetano, pentacloroetano, tetracloruro de carbono, cloroformo, tolueno, xileno, keroseno y éter. En contacto con el disolvente, el caucho se hincha primero poco a poco hasta la consistencia de gel y después éste se dispersa formando una solución. El caucho bruto aumenta de 10 a 40 veces su propio peso en disolventes que a la temperatura ordinaria forman gel con el caucho. El efecto Tyndal, propio de las dispersiones coloidales, se produce en las soluciones de caucho.
La viscosidad de la solución del caucho bruto es grande.
El efecto del calor. El caucho bruto calentado hasta 200 ºC. Sé ablanda y sus soluciones tienen menor viscosidad, pero el numero de dobles enlaces se conserva sin alteración. Cuando la temperatura se eleva hasta 250 ºC., los enlaces dobles se separan y tiene lugar la formación de anillos. El cambio a caucho cíclico eleva la densidad y la solubilidad, el producto obtenido es una dura y frágil resina.



Reacciones Químicas:
1- Hidrogenación: se consigue tratando con hidrógeno una solución diluida del mismo purificado, en una mezcla de hexano y metilciclohexano, catalizando la reacción con negro de platino. Otro método es sometiendo al caucho con hidrógeno a temperatura y presiones elevadas. El caucho hidrogenado es una sustancia cristalina y no elástica.
2- Halógeno: La adición de cloro al hidrocarburo caucho es acompañada de la formación de ácido clorhídrico, este se fabrica (caucho colorado) para usarlo en pinturas y barnices resistentes a los ácidos y a los álcalis, y en la preparación de adhesivos. El caucho colorado es un material amorfo no elástico, en su forma comercial es un polvo amarillo.
• Bromo: sirve para la determinación analítica del hidrocarburo contenido en el caucho bruto.
• Yodo: produce un polvo amarillo e inestable.
3- Haluros de Hidrogeno: produce la desaparición de un doble enlace por cada grupo C5 H8 de la molécula con formación de (C5 H8 Hx) x, clorhidrato de caucho que tiene importancia comercial.
4- Oxido de Nitrógeno: Se produce la degradación de la molécula caucho y entran a formar parte de ella el oxigeno y el nitrógeno. El caucho bruto reacciona lentamente con el oxigeno del aire y se vuelve blando, pegajoso y después resinoso. La luz acelera esta reacción. La velocidad de oxidación del caucho en condiciones normales de almacenaje disminuye si se añade al caucho una pequeña cantidad de antioxidantes, tal como la N-fenil-2-natilamina; en presencia de la luz el antioxidante produce mucha mayor oxidación.
5- Ácido Nítrico, Ácido Peroxibenzoico, C6 H5 COOOH, otros peróxidos y el permanganato oxidan el caucho.
6- Ozono: El ozono se une al doble enlace de la molécula para formar ozónido (C5 H8 O3) x.
7- La oxidación de l caucho bruto por ácido sulfúrico concentrado da un producto castaño rojizo (C10 H14 O). El cobre y el manganeso aceleran la oxidación si sobre todo están en presencia de hierro (basta 0,00005 % de cobre para ablandar y hacer pegajoso al caucho durante el almacenaje).
8- Calentando a 125-135 ºC el caucho junto con 1,0 % de un cloruro de sulfonilo orgánico o de un ácido sulfónico orgánico se convierte en una resina termoplástica tenaz que se parece a la guatapercha, los productos de esta clase se llaman termoplenos.
9- Los ciclocauchos se preparan por la adición de cloruro estánnicos sobre el caucho disuelto en benceno; se forma (C5 H8) o tetracloruro de estaño, el cual por adición de alcohol se descompone en un isómero soluble (75%) e insoluble (25%). Ambos producto poseen la formula empírica C5 H8 y son amorfo examinados por el espectrógrafo de rayos X. Ambos son polvos blancos que se ablandan a 225ºC. El isómero soluble se disuelve en benceno y en los disolventes usuales del caucho, sus soluciones tienen escasas viscosidad. Casi todos los objetos del caucho producidos para el uso industrial están vulcanizados o combinados con azufre y es la forma vulcanizada más que la bruta, la que reconoce al vulgo como caucho.
Polímero sintético

Estos están constituidos por moléculas gigantes que poseen millares o millones de átomos sus ventajas son la gran ligereza bajo costo y su amplio proceso que tienen amplia variedad de aplicaciones.
La mayoría de los polímeros se obtienen mediante el procesamiento de petróleo crudo y como consecuencia del desarrollo de las industrias petroquímica, son más los monómeros derivados del petróleo capaces de originar nuevos y variados polímeros. Por ejemplo
• resinas fenólicas = formol + fenol = baquelita
• resina úrica = urea + en forma aldehído

Según su comportamiento frente al calor

Termoestables: son materiales que una vez que han sufrido el proceso del calentamiento- fusión y formación- solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parten de un aldehído. Algunos ejemplos más importantes son:

• poliéster
• polímeros en fenol
• baquelita
Entre otros nosotros nos evocaremos al estudio de la baquelita.

Baquelita
Fue el primer plástico fabricado en escala industrial. (1909). Se obtienen por la condensación del fenol y el formaldehído en presencia de catalizadores (amoniaco, hidróxido de sodio), se forman cadenas de bajos pesos moleculares y estructuras sencillas, con eliminación del agua.
Fórmula


Se caracteriza por su bajo costo, su resistencia al calor, al agua, y a los reactivos. Son fáciles a moldear y tienen cualidades aislantes; es una sustancia sólida, dura, insoluble en disolvente ordinarios; se emplea como sustitutos celuloide en la fabricación de todo tipo de elementos para la industria, el hogar, etc. Por su resistencia al calor se lo emplea en la fabricación de mangos de utensilios de cocinas o de planchas.

Termoplásticos: son polímeros flexibles o rígidos que pueden cumplir un ciclo de calentamiento- fusión y enfriamiento- solidificación por acción de la temperatura repetidas veces sin sufrir alteraciones, estas pueden ser moldeadas cuanta veces sea necesario. Algunos ejemplos más importantes son:
• resinas celulosita
• polietileno y derivados
• nylon
• derivados del caucho

Entre otros, nosotros no evocaremos al estudio del nylon

Nylon
Es una resina sintética utilizadas en fibras textiles, caracterizada por una gran resistencia dureza y elasticidad. Se procesa también en forma de cerda y producto moldeado. El nylon fue desarrollado en la década de 1930 por el científico Eleuthére Irénde de Point de Nerrours, dirigidos por el químico estadounidense Wallace Hume Carothers. Por lo general se fabrica por polimerización ácido adipico y hexametildiamina, un derivado de la amina. El ácido adipico es un derivado del fenol. La hexametildeamina se consigue tratando catalíticamente el ácido adipico con amoniaco e hidrogenando el producto resultante.
Obtención del nylon



Nylon

Se caracteriza por:

• no disolverse en agua ni disolventes orgánicos convencionales
• se disuelven en fenol, cresol y ácido fórmico.
• Funde a 263 ° C.
• Se utiliza para la fabricación de medias, ropa de noche, interior, blusas, etc. este tipo de de fibra no deja pasar el agua, se seca rápidamente cuando se lava, se utiliza para fabricar para caídas, redes contra insectos, etc.

Según la estructura molecular

• Amorfos: son los plásticos en la que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; están dispuestas aleatoreamente sin corresponder ningún orden. Se ablandan en un intervalo de temperatura por ejemplo el polietileno.
• Cristalinos: tienen zonas en ciertos tipos de orden juntos con zonas amorfas se ablandan en punto de fusión por ejemplo el polipropileno, nylon, dracon, etc.
• Cristabilizables: según la velocidad de enfriamientos pueden obtenerse unos materiales amorfos o cristalinos.

Caucho sintético
Se llama caucho sintético a todo gran polímero artificial que posee en mayor o menor grado las propiedades físicas del caucho natural.
Según la definición de Fisher, es toda sustancia que puede ser estirada repetidas veces hasta 300%, o más de su longitud primitiva y retorna rápidamente y con fuerza a su forma original. Esto implica que los polímeros son capaces de pasar de un estado muy plástico a uno muy elástico por medio de una reacción de enlaces cruzados, tal como en la vulcanización.
Ninguno de los cauchos sintéticos producidos hasta el presente posee todos los caracteres del caucho natural: estructura química, peso molecular y su distribución, etc. Por esta razón algunos prefieren clasificar estos polímeros de sustitutivos del caucho, elastómero o elastoprenos.
Clasificación de Cauchos Sintéticos
Cauchos de usos múltiples
Los polímeros utilizables se derivan de monómeros obtenidos por el craqueo de la nafta mediante vapor. La característica común a la mayoría de estos elastómeros es la doble ligadura residual que favorece la vulcanización. A continuación se encuentran los cauchos de múltiples utilidades:
Tipos de caucho sintético
Se producen varios tipos de caucho sintético: neopreno, buna, caucho de butilo y otros cauchos especiales.-
Según el tipo de reacción
1) Adición
2) Condensación

Procesamiento

Para la fabricación de un producto cualquiera debe procesar un polímero, reactivo necesarios y catalizador correspondientes para que se produzca la polimerización debe agregarse sustancias que mejoran su propiedades y se adecuen al uso. La sustancia se conocen como aditivos y se clasifican según la propiedad que se quieran mejorar estos son: plastificantes, (disminuyen la cristalinidad y aumentan la flexibilidad), colorantes (tiñen), cargas (reducen el costo del producto, mejoran las propiedades físicas y mecánicas, etc.).






Polimerización

Es un proceso por el cual los monómeros se unen para formar un polímero.
Existen dos procesos dos procesos para la obtención de polímeros. Estos son:

*Polimerización por adición: Se produce entre dos monómeros de doble o triple enlace mediante un catalizador, no incluye la eliminación o separación de otra sustancia. Implica siempre la ruptura y/o apertura de una unión del monómero, esto permite la organización de los enlaces y la unión de los monómeros.
Por ejemplo: El polietileno se forma por la unión de gran número de moléculas de etileno etanol en presencia de un iniciador peróxido de hidrógeno.
1- Esta relación se inicia con la ruptura hemolítica (enlace) el H2 O2 y la formación de 2 radicales O H.
2- El radical ataca a uno de los carbonos del etileno, rompe el doble enlace y genera un nuevo radical libre, que ataca a otra molécula de etileno, forma un nuevo radical y sucesivamente.
3- Finaliza con la unión de los radicales.


*Polimerización por condensación: Son aquellos en los que la reacción tiene lugar entre grupos funcionales reactivos presentes en los monómeros para darle continuidad a la cadena produciendo pérdidas de moléculas pequeñas como H20, alcohol, etc.

Fórmula general:

R - COOH - R' - OH R - CO - OR' + H20
Formación de poliésteres, poliamidas, por eliminación de H20 o alcoholes, las moléculas vi. funcionales, como ácidos dicarbónicos ó amónico carboxílicos glicoles diaminas, el di ésteres y ácidos di carboxílicos (poli condensación del tipo poliéster y poliamida)



Es utilizada para envases descartables.


Polietilenos: Baja densidad, flexibilidad y transparencias.

-Usos: Debido a su gran resistencia química, costo bajo, se utiliza en bolsas transparentes, jugueterías y tuberías de gas.

Poliéster: Estos polímeros resultan de la condensación d un ácido di funcional y un alcohol di ó tri funcional y según las materias primas, la temperatura.
Dan estructuras lineales bastantes cristalinas, ablandamiento y son tema plástico o estructura entrecruzadas termomígidas.

Obtención

Se lo utiliza en fibras textiles con mucha resistencia, películas para grabar, botellas reutilizantes, etc.

Polipropileno:
Es un polímero de adición obtenido por la polimerización del polipropileno, CH2 = CH - CH 3 en presencia de (-CH2 - CHCH3 - CH2 - CHCH3 - CH2 -) n. Se utiliza como protección anticorrosiva externa y aislamiento térmico de tuberías de acero.
Por su elevada resistencia mecánica d impermeabilidad resulta adecuado para una amplia gama de productos.
No es soluble en H2O, es resistente a ésta, resiste a los agentes químicos, tiene una alta reactividad eléctrica, por ello se lo utiliza como aislante de conductores eléctricos.

Métodos de polimerización

• Masa
• Solución
• Emulsión
• Suspensión

Polimerización en masa: el monómero (líquido o gaseoso) y el catalizador se inyecta dentro del reactor o del molde y se calienta para iniciar la reacción. Mientras avanza se genera una gran cantidad de calor que se esparce a través del polímero. El molde se refrigera, obteniéndose así el producto final.

* Polimerización en fase gaseosa a presión normal: el procedimiento más importante es el etileno y tienen presiones elevadas a 300 atmósferas y sus temperaturas son de 150°C a
250 °C.
* Polimerización de uno o más monómeros en fases líquidas puras: se utiliza el vinilo para obtener trozos grandes. Por ejemplo lentes, etc. También en la formación de poliésteres y poliamidas, etc.

Poliamidas
Estos termoplásticos resultan de la condensación de ácidos disfuncionales con amidas disfuncionales. Estas son lineales la mayoría.
Se obtiene a partir de un solo monómero bifuncional un caso común es la poliamida 6, derivada de ácido 6-aminohexanoico.
Son lineales de ramificación, por lo cual, puede establecerse enlaces puente hidrógeno entre cadenas vecinas las poliamidas presentan estructura altamente cristalinas, por lo general tienen una temperatura de ablandamiento alto.
Usos: son utilizadas para fabricar poleas y engranajes; también permite confeccionar fibras textiles.

Polimerización en solución: tanto el monómero como el catalizador se disuelven dentro de un reactor donde se agita y se refrigera. Si el polímero es soluble en el solvente, este se lo emplea en la solución directa como en el caso de barnices. Generalmente el polímero no es soluble, se separa por filtración y se lo seca. Esto permite controlar la temperatura de la reacción, pero el solvente no permite obtener un producto de masa molecular alta, este solvente actúa como agente para terminar la etapa. Por ejemplo el cloruro de vinilo.

Polimerización en emulsión: el monómero y el iniciador se agitan en agua con el agregado de un agente emulsionante, a partir de esto se consigue el control de la temperatura de la reacción. Se logra el producto de masa molecular alta.
El polímero obtenido queda impurificado por la presencia de diferentes ingredientes empleados en la polimerización: emulsionante, reguladores de PH, estabilizadores, etc.
En el caso de polímero o copolímero se obtiene en forma de látex que se usa para coagular por la adición de ácidos o sales.
En la mayoría de los polímeros y los copolímeros parecidos al caucho y algunos plásticos que se produce por este método. Por ejemplo el policloruro de vinilo.

Copolímeros de Butadieno

Lo más importante son el butadieno – estireno y butadieno-acrilonitrilo.
En los copolímeros se utiliza el método de emulsión por ser la más importante en la práctica industrial. La reacción procede por el mecanismo de radicales libes, con un iniciador de óxido reducción y un moderador (dodecil mercaptano).
Al obtener doble ligadura se puede obtener estructura reticulares, esto permite mejorar la resistencia al degaste y a temperaturas elevadas, incrementando la dureza. La estructura de este tipo se obtiene por el agregado se azufre y por el calentamiento, que se denomina proceso de vulcanización.
Polimerización en suspensión: tienen el mismo método que la emulsión. El iniciador es insoluble en agua pero soluble en el monómero. Por medio de agitación se logra formar gotas de monómeros dispersos en la fase acuosa donde produce la polimerización. Cuando está formado el monómero precipita en limpio. Por ejemplo el estireno y otros se polimerizan para obtener gránulos de tamaño para el modelo de inyección y compresión.

Policloruro de vinilo

Esta se efectúa por los métodos de emulsión y suspensión.
- En emulsión es continuo y se obtienen homopolímero y copolímero con acetato de vinilo. Se preparan soluciones acuosas, agregando estabilizadores y actúan catalizadores en la reacción. Luego se mezclan con el cloruro de vinilo produciéndose así el látex.
A este se le agrega soluciones estabilizantes, obteniéndose mediante un proceso, el producto final (polvo).
- En suspensión: es discontinuo y se obtiene homopolímero o copolímero. Preparando
soluciones tensioactiva, se le va agregando agua desmineralizada; luego se sigue con
el control de refrigeración a una temperatura de inicio.
Se recupera el monómero para luego hacer la separación del polímero por
Centrifugación y también se obtiene un polvo.
El cloruro de vinilo tienen propiedades aislante y es ignifugo (impide la combustión de
materiales inflamables), esta libera vapores de ácidos clorhídrico.
Usos: se lo utiliza para la fabricación de persianas y tuberías de agua. También
Utilizado como látex en las pinturas.



Poliacetato de vinilo polialcohol vinílico




Policloruro de vinilideno

Propiedades físicas- química


 Plasticidad: Se suele manifestar en presencia de calor. Esta propiedad solo tiene lugar durante una de las etapas del proceso de elaboración industrial de los plásticos.
 Resistencia a la tracción: En general, es suficiente para la utilidad que se les da. Entre los termoplásticos, los más resistentes son los que presentan cadenas rígidas, como las poliamidas y los poli carbonatos. Por su estructura de red, los termoestables soportan mejor los esfuerzos originados por la tracción.
 Dureza: En general es baja. Esto facilita su mecanización.
 Densidad; Por lo general es muy baja, del orden de la mitad del metal más liviano. Esto representa una gran ventaja, sobre todo cuando hay que aligerar el peso de ciertos objetos. Esta propiedad es importante en algunas aplicaciones, como las de la industria aeronáutica. Depende el grado de cristalinidad del polímero.
 Conductividad térmica: Es muy baja. Cuanto más desordenada es la estructura molecular, más baja es la conductividad térmica. Son buenos aislantes tanto del frío como del calor. Por ello, se usan mucho en la industria de la construcción.
 Solubilidad: Estos materiales son generalmente muy resistentes a los disolventes orgánicos.
 Comportamiento ante el calor: Varía según el tipo de plástico: los termoplásticos se ablandaban a determinada temperatura y pueden volver a moldarse, pero los termoestables se degradan al quemarse y al descomponerse, por lo que no pueden volver a utilizarse.
 Son baratos.
 Son impermeables.
 Son aislantes eléctricos.
 Su quema es muy contaminante.
 Resistentes a la corrosión y a la intemperie.
 Resisten a muchos factores químicos.
 No son biodegradables.
 Son fáciles de reciclar.
 No cristalizan, son amorfos.
 Caucho: Puede ser deformado considerables veces y vuelve a su forma original.
 Solubilidad: El caucho bruto se disuelve en bz y en nafta, otros como tricloroetileno, tetracloretano, cloroformo, tolueno, keroseno y éter.
 Compuesto ante el calor: A 200°C se ablanda y tiene menor viscosidad a los 250°C. Los dobles en lacas se separan y forman anillos, el cambio a caucho cíclico eleva la S y la solubilidad, obteniéndose una dura y frágil resina.
 Densidad: A 0°C 0, 950 y a 20°C 0,934.

unidad 9

VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO QUÍMICO.

INTRODUCCIÓN
Las reacciones químicas son procesos dinámicos en cuanto son procesos que involucran cambios o reordenamientos de los átomos. El aspecto dinámico de las transformaciones, esto es la velocidad de los procesos y los factores que la determinan los estudia la Cinética Química en tanto que la descripción pormenorizada de los reordenamientos o mecanismos de reacción los estudia la Mecanística Química.
Un conocimiento profundo de las dinámica cobra especial importancia en aquellas reacciones que tienen la posibilidad de reversibilidad, es decir reacciones que al "devolverse" no se completan pero que tampoco vuelven al punto de partida. Se trata de situaciones que podríamos señalar que quedan "a medio camino". Estas situaciones, bastante comunes y de gran importancia teórica y práctica, son objeto de estudio del tema denominado Equilibrio Químico.
abe comentar que podríamos haber esperado un 100% de transformación, esto es la formación de 2 moles de agua pues tenemos la cantidad de reaccionantes necesaria para eso. Recordemos que según lo visto en cálculos estequiométricos; RL H2 = n i H2 / 2 = 2/2 = 1 y RL O2 = n i O2 / 1 = 1/1 =1 por lo tanto RL = 1 ( Razón máxima de transformación)

En estricto rigor deberíamos decir que el estado de equilibrio se alcanza cuando las rapideces de las reacciones directas e inversas se igualan ( al ser de sentidos opuestos se anulan los respectivos efectos)
El estado descrito es el del Equilibrio Químico de características dinámicas puesto que no cambia pudiendo cambiar ya que "es posible alterar la igualdad de rapideces.".
¿ A que situación llega el sistema ? ¿Qué significa que el progreso de la reacción directa este dictado por la razón de transformación igual a x? Analicemos la situación para la reacción directa y desde el punto de vista de la estequiometría. Evidentemente el proceso no logró a progresar hasta que la razón de transformación R alcance el valor máximo RL = 1 puesto que al estar presentes tanto el H2 como el O2 el progreso de la reacción no se detuvo por falta de uno de ellos o sea por razón de la existencia de un reactivo limitante.
LA ENERGIA Y LA COORDENADA DE LA REACCIÓN Los sistemas moleculares poseen energías que pueden asociarse a diferentes subsistemas, por ejemplo energía en el nucleo, energía electrónica, energía potencial y vibración en los enlaces, energía cinética de rotación y translación molecular. La magnitud de los flujos de energía en las reacciones ( Calor de Reacción) dependen de la energía que en cada instante contienen o almacenan las moléculas u otras entidades químicas involucradas en los procesos de transformación. Las energía latentes o potenciales determinan el perfil energético de la transformación.
Ya nos hemos referido a la situación de cambio de energía o de estabilización cuando se forman los enlaces químicos y como es necesario proporcionar energía para que los enlaces se rompan. Sabemos además que las reacciones químicas son reordenamientos de átomos donde las moléculas iniciales ( los enlaces interatómicos iniciales) de los reactivos se rompen y se forman después las moléculas finales (enlaces interatómicos finales) de los productos.
Parece lógico afirmar que para que las moléculas rompan sus enlaces y se formen otros distintos, originando moléculas distintas, es necesario que estas entidades pasen por un estado de transición donde tales fenómenos de ruptura y formación de enlaces ocurran efectivamente. También es lógico pensar que tales estados de transición son situaciones de alta energía potencial pues los átomos allí estarían separados. ¿Cómo obtienen los sistemas la energía necesaria para alcanzar el estado de transición? Estas energías reciben el nombre a Energía de Activación y están representadas en el esquema por Ead y Eai para las reacciones directa e inversa respectivamente. Los sistemas moleculares alcanzan las energías de activación por absorción de radiaciones electromagnéticas o simplemente por colisiones entre las moléculas donde las energías cinéticas se transforman en potenciales.
DEFINICIONES DE VELOCIDAD DE REACCION.
Una primera definición, de caracter extensivo, para la velocidad de reacción es : es el cuociente entre la variación del número de moles de una sustancia R como consecuencia de una reacción y el lapso de tiempo en que ocurre tal variación.
FACTORES QUE DETERMINAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA VELOCIDAD DE REACCION.
Ya sabemos que el estado de transición es un estado de alta energía potencial. Tal energía potencial se alcanza por absorción de radiaciones electromagnéticas o bien, como ocurre en la mayor parte de las reacciones químicas, obtenida por la conversión de la energía cinética ( movimiento) en potencial en el momento del choque entre moléculas.
Sabemos también que la energía cinética de los sistemas moleculares se relaciona o es proporcional a la temperatura. Para tener más claridad al respecto observemos el siguiente gráfico que muestra: a) la distribución de la energía cinética en un sistema de moléculas y b) la variación de tal distribución al aumentar la temperatura del sistema molecular
Se elevan tanto la temperatura como la energía cinética, así por una parte aumenta el número de colisiones en que que las moléculas efectivamente posen la energía cinética para alcanzar la energía potencial del estado de transición ( conversión de la cinética en potencial por choque ). Por otra parte al aumentar la velocidad de las moléculas aumenta la frecuencia de los choques entre estas y por esta doble razón aumenta el número de estados de transición. Al existir más moléculas en la situación del estado de transición, más conversión habrá entre los estados de reactivos y productos o viciversa, en definitiva, se incrementan las velocidades de reacción tanto directas como inversas. El enfriar un sistema tendrá exactamente el efecto contrario, el de disminuir la velocidad de las reacciones.
INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION EN LA VELOCIDAD DE REACCION.
Desde el punto de vista ya abordado, o sea estados de transición alcanzado por colisiones entre moléculas, resulta también evidente que una molécula que se mueve en un espacio encontrará alta probabilidad de colisionar con otras en la medida que éstas otras se encuentren en alta relación entre el número de ellas y la longitud de su trayectoria.
En términos más simples la probabilidad de choques aumenta al aumentar la concentración de las sustancias reaccionantes. En definitiva la velocidad de las reacciones se incrementa al aumentar la concentración de las sustancia reaccionantes.
INFLUENCIA DE LOS CATALIZADORES EN LA VELOCIDAD DE REACCION.
Existe otro factor, de gran importancia desde un punto de vista tecnológico, y es cuando se puede modificar el estado de transición. Al existir un estado de transición diferente, también será diferente la Energía de Activación y esto a su vez modificará radicalmente la velocidad de las reacciones. Existen sustancias, llamadas en general catalizadores, que presentes en un sistema de reacción afectan el estado de transición, la Energía de activación, la velocidad de la reacción pero que en esencia no se modifican pues no participan de la reacción misma.
Hay catalizadores positivos que bajan la energía del estado de transición, hacen que la reacción sea más rápida o bien sólo la hacen más fácil.
Hay catalizadores negativos que suben la energía del estado de transición, hacen que la reacción sea más lenta o bien sólo la dificultan. También a éstos se les llama inhibidores.
SITUACIONES ESPECIALES DE EXPRESIONES DE CONSTANTES DE EQUILIBRIO
El estudiante debe observar que en la expresión de la constante de equilibrio aparecen las concentraciones de las sustancias que formalmente afectan las velocidades de reacción tanto directa ( en el denominador) como la inversa ( en el numerador ). Ya sabemos que en el equilibrio estas concentraciones no cambian espontáneamente pero si alguna de ellas variara provocaría el efecto de desigualar las velocidades directa e inversa y como consecuencia de ello la posición del equilibrio cambia a otro valor de x. Dicho de otra manera, en la expresión de la constante de equilibrio aparecen sólo las concentraciones de las especies que pueden variar significativamente y al hacerlo afectarán la posición del equilibrio. De esta forma se podrán comprender la mayor parte de los casos de las siguientes situaciones especiales:
EQUILIBRIOS QUE INVOLUCRAN REACTIVOS O PRODUCTOS GASEOSOS
La expresión de la constante de equilibrio de sistemas que presentan sustancias en estado gaseoso , sólo por convención y formalismo, cambia la concentración por la presión parcial de la sustancia gaseosa. La constante en función de la presiones parciales se llama Kp y aquella que mantiene la expresión en función de las concentraciones se llama, comparativamente Kc
EQUILIBRIOS QUE COMPROMETEN AL SOLVENTE.
Cuando una reacción involucra al solvente o medio en que se realiza la reacción este no aparece en la constante de equilibrio pues la variación de su concentración como consecuencia de la reacción es irrelevante frente al valor normal de su concentración . Recordemos que el agua pura de densidad 1g/mL o 1000 g/L es 1000/18 moles/L o 55,55 Molar
MODIFICACIONES DE LA SITUACIÓN DE EQUILIBRIO
PRINCIPIO DE LE CHATELIER
"Cuando un sistema que se encuentra en la situación de equilibrio químico es sometido a una modificación (por ejemplo una variación de temperatura, variación de la concentración de una de las especies presentes en el equilibrio, variación de la presión u otra ), busca una nueva posición de equilibrio y al hacerlo contrarresta la modificación"
EFECTO DE VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA SOBRE EL EQUILIBRIO.
Antes de empezar a tratar el asunto propiamente tal, es necesario hacer ciertas precisiones en los diagramas de energía potencial versus coordenada de reacción. Existen dos tipos de diagramas:
a) los que corresponden a reacciones que liberan calor o reacciones exotérmicas en que las moléculas de reactivos almacenan más energía potencial que los productos y
b) los que corresponden a reacciones que absorben calor o reacciones endotérmicas donde las moléculas de los productos son las que almacenan más energía potencial que las de los reactivos.
En estos casos la energía almacenada se asocia, en vez de la energía potencial, a una función de estado termodinámica llamada entalpía o "contenido de calor" ( H ), que veremos con más detalle en otra unidad. Así en el transcurso de una reacción hay una variación de la entalpía o Δ H que corresponde al calor transferido desde el interior de las moléculas al exterior de ellas o viceversa.
EFECTO DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACION SOBRE EL EQUILIBRIO.
Nuestro primer ejercicio de equilibrio nos proporciona situaciones muy adecuadas para visualizar el efecto que la variación de concentración de una especie tiene sobre la situación de equilibrio.
"Toda variación de concentración de un sistema en equilibrio significará un déficit o un exceso y el sistema buscará un nuevo equilibrio desplazándose en el sentido de eliminarlos".
EFECTO DE VARIACIÓN DE LA PRESIÓN SOBRE EL EQUILIBRIO.
En primer lugar debemos aclarar que este caso tiene importancia sólo en sistemas de reacción que presentan gases en situación de equilibrio químico. Recordaremos que en estos casos la constante de equilibrio se expresa en función de las presiones parciales de los gases reaccionantes y productos. Ahora bién, de la variación de las presiones parciales uno o varios gases participantes del equilibrio de trata precisamente este asunto.
Sin embargo al estudiar los efectos de la variación de presión sobre el equilibrio, según el principio de Le Chatelier, nos preocuparemos sólo de las variaciones de presión provocadas por variación del volumen ,o sea por compresiones ( disminución del volumen ) o descompresiones ( aumento del volumen ) en sistemas cerrados , es decir, que no aceptan intercambio de materia con el medioambiente y que además estableceremos como adiabáticos o aislados, esto es que no intercambian calor o energía con el medioambiente.

EFECTO DE INTRODUCIR O QUITAR UN CATALIZADOR.
Los catalizadores afectan, en principio, de igual forma tanto a la velocidad de reacción directa como a la velocidad de la reacción inversa. De esta forma su presencia o ausencia no afecta la posición del equilibrio.


EQUILIBRIO QUIMICO EN SISTEMAS GASEOSOS.
A continuación desarrollaremos un ejercicio de equilibrio que involucran gases y que nos permitirá aplicar la situación de expresión de constante que corresponde. En este caso trabajaremos con coeficientes estequiométricos no todos iguales a uno y que nos permitirá introducir el concepto de grado de reacción además de otras particularidades propias del tema.
EQUILIBRIO QUIMICO EN SOLUCIONES ACUOSAS

La principal reacción afectada por una situación de equilibrio químico en las soluciones acuosas es, precisamente la reacción de disociación del agua en ión hidrónio e ión hidroxilo.
L pH , EL GRADO α Y EL PORCENTAJE DE DISOCIACIÓN
DE ACIDOS Y BASES DEBILES
Acidos y bases débiles, al igual que las sales insolubles o muy poco solubles, son aquellas que alcanzan la posición de equilibrio a muy poco andar de la reacción de disociación. Los valores de las constantes son 10-2 y menores y los x, grados y % disociación son muy pequeños.
SOLUCIONES REGULADORAS DEL pH O DE EFECTO DE UN IÓN COMÚN
Este un caso donde concurren al menos tres situaciones de las ya estudiadas en este capítulo de equilibrio.
En primer lugar de trata de un caso de disociación de un ácido débil HA cuya constante de disociación se conoce.
Este primer caso se combina con la disolución de una sal completamente soluble de Na+ o K+ pero cuyo anión es el mismo anión que el que tiene el ácido débil , o sea la sal es NaA o KA completamente soluble.
Por tratarse del mismo anión se produce el efecto del ión común cual es desfavorecer la disociación del ácido.
Por último se forma un sistema capaz de resistir, en virtud del principio de Le Chatelier y con gran capacidad, las variaciones del pH inducidas externamente.

unidad 8

SOLUCIONES

Al comienzo del curso señalamos que las soluciones son sistemas homogéneos( por lo tanto son una sóla fase), formado por mezclas de diferentes sustancias puras ( diferentes tipos de moléculas). También vimos que éstas mezclas homogéneas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas.
Estos sistemas tienen una importante presencia, tanto en sistemas de materia viviente como en materia inerte y en muchos sistemas de interés técnico. Pueden ser muy complejos cuando el número de diferentes sustancias mezcladas es muy elevado o bién simples como ternarios( 3 ) y binarios (2).
Las sustancias presentes en sistemas simples se denominan:
Soluto : Componente (s) que se encuentra (n) , comparativamente, en menor proporción y
Solvente : Componente que se encuentra, comparativamente en mayor proporción.
Sin embargo, cuando una sustancia originalmente sólida es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.
Similarmente, cuando una sustancia originalmente gas es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.
Sistemas Saturados
Las limitaciones aparecen con mucha claridad cuando se mezclan sustancia originalmente sólida o bién originalmente gas con líquidos. Estas situaciones límites se analizan fundamentalmente usando el concepto de solubilidad y que ahora parece oportuno volver a recordar.
La solubilidad es la mayor cantidad de soluto, que en forma estable, puede disolverse (mezclarse) en una determinada cantidad de solvente bajo condiciones determinadas de Presión y Temperatura.
Sistemas Sobresaturados.
En algunas situaciones la cantidad de soluto disuelta es mayor que la que corresponde a la solubilidad ?, pero es una situación inestable y se conoce como sobresaturación. Se obtienen llevando al sistema a la situación de saturación a alta temperatura y se baja bruscamente la temperatura. Mientras el sistema no se estabilice se encuentra en situación de sobresaturación. El sistema vuelve a la normalidad cuando se den las condiciones cinéticas para que el soluto en exceso precipite como sólido o bién sea liberado como gas.
Sistemas Diluídos.
Son aquellos en que la cantidad de soluto disuelto es menor que la que corresponde por la Solubilidad. Son los casos más numerosos y en torno de ellos se desarrolla el tema de Soluciones y sus propiedades.
LA CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES
La forma usada para caracterizar una solución, luego de especificar el soluto y el solvente, es establecer la relación entre las cantidades de ellos. Esta relación es la Concentración, que implica un cuociente entre una cantidad de soluto y una cantidad de solución, o bien de solvente. Nuevamente por ser la concentración un cuociente entre magnitudes Extensivas es una magnitud Intensiva. Se comprende el caracter intensivo de la concentración, es decir el de una magnitud propia de la solución e independiente de la cantidad de la solución, si pensamos en una bebida de fantasía que tiene siempre las mismas características (color, sabor, concentración), no importando si se adquiere en tamaño individual, mediano o familiar
CONVERSIÓN DE UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
Una forma de conocer la comprensión y el dominio del tema de soluciones por parte de los alumnos, es plantearles una situación problemática que implique la conversión de las unidades de concentración. Se señala la concentración con una determinada modalidad y algunos otros datos y se pide la concentración en otra modalidad. La mayor dificultad por parte de los alumnos es comprender que para usar y aplicar las ecuaciones enmarcadas, ya entregadas, deben tener una solución, es decir un sistema con todas sus magnitudes extensivas definidas aúnque en un comienzo desconocidas. La información de propiedades Intensivas como la Concentración y la Densidad de la solución es fundamental para el cálculo pero las ecuaciones no operan sólo con ellas. Es preciso darse una base de cálculo que defina el tamaño de un sistema para comenzar a establecer las relaciones que sean de interés. La base de cálculo puede ser cualquiera, pero en este curso se recomienda darse un tamaño de solución dictado por el denominador de la la ecuación de definición de tal forma que el valor numérico (A) de la concentración dada sea igual al valor numérico (A) de la cantidad de soluto en la solución base de cálculo.
Dato inicial Concentración Ecuación de definición Base de calculo Cantidad de soluto
A % p/p % p/p = (MASAsoluto(g) / MASAsolución(g))*100 100g.solución A g.de soluto
A M M = n soluto / V (L) solución 1(L) solución A moles soluto
A m m = n soluto / MASA solvente(Kg) 1Kg. solvente A moles soluto
X soluto = A X soluto = n soluto/(nsoluto + nsolvente) (nsoluto + n solvente) =1 A moles soluto


PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
En este punto es conveniente decir que las expresiones encerradas por marcos rojos en el gráfico de definición de unidades de concentración, además de ser la definición matemática de una determinada forma de concentración, son ecuaciones matemáticas que pueden y deben ser operadas con las reglas del Algebra. El alumno deberá ser capaz de despejar la variable que interese, establecer cadenas de ecuaciones etc. Además, el alumno deberá prestar especial atención al significado de cada una de las variables visualizándolas mentalmente junto al sistema que se trate en cada caso . Una vez más se insta al alumno en este curso a usar el Algebra y abandonar el uso de las reglas de tres, procedimiento mecánico que puede conducir a graves errores.
PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN A PARTIR DE OTRA SOLUCIÓN CONCENTRADA
A modo de ejemplo de lo que se preconiza se presenta la siguiente situación problemática de preparación de una solución a partir de una solución concentrada ( la misma solución con que se trabajó en el primer problema de conversión de unidades).
PREPARACIÓN A PARTIR DE UNA SUSTANCIA Y EL DISOLVENTE SEPARADOS
SUSTANCIA NO SOLVATADA
Otra forma de preparar soluciones, y de muy común ocurrencia, es es partiendo de la sustancia a disolver en forma pura, que se coloca en la masa requerida en un matraz aforado de volumen adecuado, y al que se agrega el líquido solvente puro hasta llegar al enrase. Este tipo de preparación hace uso sólo de las dos primeras relaciones del ejercicio anterior. ( La sustancia debe pesarse seca, sin muestras de humedad)
SUSTANCIA SOLVATADA
Muchas sustancias, especialmente sales, tienen sus moléculas rodeadas con un determinado número de moléculas de agua y se conocen como moléculas hidratadas. Las moléculas existen como complejos, es decir iones metálicos rodeados por moléculas que se les unen por enlaces de coordinación. Existe una estequiometría definida y no se trata de agua de humedad de la muestra. Un caso típico son las sales de Cu +2 que se rodean por 5 moléculas de agua formando un complejo que da coloración azul a las sales de cobre pentahidratadas. Un ejemplo concreto es el CuSO4 x 5 H2O, sulfato de cobre II pentahidrato.
LA CANTIDAD DE SOLUTO
Nunca es insistir demasiado en el trabajo con las ecuaciones de definición como expresiones algebraicas. En varias ocasiones ya hemos determinado la cantidad de moles de soluto que teóricamente debe tener una solución para cumplir los requisitos de Molaridad y Volumen de solución.
LA VALORACIÓN O TITULACIÓN
El análisis químico cuantitativo determina las cantidades de sustancia presentes en distintos sistemas. Lo hace con técnicas de gravimetría, o sea el uso de métodos basados en pesar sustancias en balanzas de precisión. Con técnicas de volumetría, métodos basado en la medición de volumenes de soluciones. Con la espectroscopía, basada en métodos ópticos y electrónicos etc. Las técnicas de la Volumetría descansan fundamentalmente en las denominadas Valoración o Titulación, o sea las que determinan el valor de la concentración o el Título de una solución.
La Titulación o Valoración se basa en una reacción química y por lo tanto habrá tantos tipos de Titulaciones como tipos de reacciones que sirvan a propósitos de cuantificación. Se conocen titulaciones de formación de precipitados, de formación de complejos, de ácidos con bases, de oxido reducción etc.
Como la Titulación tiene propósitos cuantitativos la estequiometría o bien la ecuación de la reacción involucrada ( con los correspondientes coeficientes estequiométricos) es el elemento fundamental del proceso.
Estudiaremos el método basándonos en reacciones de neutralización de ácidos con bases y en consecuencia, la comprensión de estas reacciones por parte del alumno es fundamental. Este tipo de reacciones ya las hemos estudiado pero es importante reforzar su manejo.
ESTANDARIZACIÓN DE LA BASE
Haremos la titulación de la solución de NaOH usando ácido oxálico dihidratado, C2O4H2 x 2 H2O, que por presentarse en estado sólido podemos cuantificar fácil, exacta y precisamente pesándolo en una balanza analítica de precisión.
PROPIEDADES COLIGATIVAS DE SOLUCIONES.
Las propiedades de soluciones que veremos a continuación reciben el nombre de coligativas dado que sus magnitudes dependen de la concentración del soluto, o mejor, del número de partículas o moléculas del soluto en la solución y no de la naturaleza o tipo de soluto.
PRESIÓN DE VAPOR DE LAS SOLUCIONES
Ley de Raoult
La presencia de otra sustancia (B) disminuye la presión de vapor de un determinado líquido (A). La evaporación es un fenómeno de naturaleza estadística donde las probabilidades que el fenómeno ocurra es proporcional al número de moléculas. Si el número de moléculas relativo de un componente disminuye también lo hacen las velocidades de evaporación y condensación y el equilibrio se establece con un menor contenido de moléculas en la fase gaseosa. La relación entre las presiones de vapor de un líquido puro y la presión de vapor de tal líquido actuando como solvente, a la misma temperatura, está dada por la ley de Raoult.
Volatilidad de los componentes
Un Componente no volátil
La situación del descenso de la presión de vapor se ha presentado asumiendo que la sustancia B no se vaporiza. Esto ocurre cuando la presión de vapor de la sustancia B pura tiende a cero o bien B es una sustancia no volátil. En este caso la presión de vapor de la solución corresponde a la presión de vapor de un sólo componente (A).

AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN Y DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN
El descenso de la presión de vapor de la sustancia A actuando como solvente respecto del estado puro tiene consecuencias tanto en el punto de ebullición como en el de congelación de la solución respecto de tales comportamientos, también, en estado puro.
Como se observa en el sector derecho del gráfico, hay un incremento en la temperatura de ebullición de la solución respecto del liquido puro pues la presión de vapor de la solución alcanza el valor de la presión externa a una temperatura mayor. Este incremento, conocido como ascenso del punto de ebullición o ascenso ebulloscópico, es proporcional a la molalidad del soluto y a un coeficiente de proporcionalidad que depende sólo del solvente ( constante ebulloscópica, ke )
PRESIÓN OSMOTICA
Un fenómeno de flujo sólo de solvente y nada de soluto a través de membranas semipermeables para disminuir gradientes de concentración es de importancia a nivel celular en organismos biológicos por los efectos de presión que se generan y que afectan las estructuras.
Al comienzo del curso nos referimos al fenómeno de difusión de un soluto para alcanzar la homogeneidad de la solución. ¿Porqué ocurre la difusión? Una respuesta simple puede ser que los sistemas tienden espontáneamente a disminuir o eliminar las diferencias o gradientes de concentración. ¿ Cómo se eliminan los gradientes ? Una primera y familiar respuesta es por la migración del soluto hacia zonas de baja concentración, pero otras veces si el soluto no puede migrar y si puede hacerlo el solvente es éste el que lo hace y en sentido contrario a como la haría el soluto, como ocurre en el caso que exista una membrana semipermeable.
Tales flujos de solvente van acompañados por variaciones positivas o negativas de presión como se señala en el gráfico. La variación de presión se conoce como presión osmótica y se calcula con la expresión que también se indica en el gráfico y que recuerda la ecuación de estado de los gases ideales.

unidad 7

EL CONCEPTO DE MOL Y SUS APLICACIONES
Hemos estudiado a la materia en su dimensión submicroscópica, es decir la realidad de átomos y moléculas. Hemos profundizado el estudio de tal forma que incluso hemos comprendido el comportamiento de las propiedades fisico químicas de sustancias puras, éstas, perfectamente perceptibles y medibles en una dimensión macroscópica ( de laboratorio o industria ).
A esta altura de nuestro estudio reconocemos, que en la dimensión macroscópica, no hemos desarrollado las herramientas para trabajar con las sustancias desde el punto de vista cuantitativo, esto es, trabajar con cantidades (masas) definidas de las sustancias que participan en los fenómenos químicos.
No obstante lo expresado, cuando hablamos al comienzo del curso del Peso Relativo de los Atomos o bien del cálculo del Peso Atómico a partir de mezclas de isótopos algo muy importante avanzábamos en el sentido del trabajo cuantitativo. En efecto, cuando determinábamos aquellas magnitudes siempre estaba presente el hecho que comparábamos una misma cantidad de atomos de cada elemento.
En el Peso Atómico de un elemento expresado en gramos existen 6,023 .10 23 átomos del Elemento.
Si pesaramos en la balanza de una confitería 51 de gramos de virutas de vanadio metálico estaríamos pesando aproximádamente 6,023 10 23 átomos de vanadio puesto que el Peso Atómico de ese metal se ha determinado como igual a 50,94.
El valor 6,023 1023 fué determinado por Avogadro mediante cálculos estadísticos acerca de sistemas gaseosos y de ahí que se reconoce como el Número de Avogadro ( N ).
N = 6,023 .10 23
Este valor pasa a ser de importancia central en la química cuantitativa y es la base de la definición del concepto de mol
DEFINICIÓN DE MOL
Un Mol es 6,023 10 23 unidades.
Así el mol pasa a ser una forma adecuada de medir cantidades de partículas de la química, como recién lo dijimos, podemos medir cómodamente un mol de átomos de Vanadio o un mol de átomos de cualquier otro elemento en la balanza de una confitería.
Pero el Número de Avogadro de átomos es una cantidad tan grande de átomos o bién los átomos son tan pequeños y livianos que son magnitudes que desafían nuestra imaginación. Según nos hizo notar recientemente un colega, si tuvieramos una hilera de 1 mol de hormigas de 1mm cada una separadas cada una de la precedente por una distancia también de 1mm, la longitud de la hilera cubriría 1,2046 10 18 Km. Tal hilera cubriría mil doscientos setenta y ocho millones de veces la trayectoria circular de la Tierra alrededor del Sol.
NUEVA DEFINICIÓN DE PESO ATOMICO
El Peso Atómico de un elemento ( A r ) es la masa de un mol de átomos de tal elemento
expresada gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de átomos
EL MOL DE MOLECULAS
Volvamos a nuestra experiencia de recolección de Helio puesto que podemos sacar mucho más provecho de ella y coloquemos a nuestro sistema en situación comparativa con otros.
DEFINICIÓN DE PESO MOLECULAR
El Peso Molecular ( M r ) de una sustancia es la masa de un mol de moléculas de tal sustancia expresada en gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de moléculas
CALCULO DEL PESO MOLECULAR
Generalizando, si una Sustancia tiene por Fórmula AaBbCc........
A nivel submicroscópico su molécula está formada por a átomos de A, b átomos de B y c átomos de C etc...
y a nivel macroscópico el mol de moléculas está formada por a moles de átomos de A, b moles de átomos de B y c moles de átomos átomos de C etc... y de allí que el Peso Molecular se calcule con la siguiente fórmula.
Mr AaBbCc........ = a * Ar A + b * Ar B + c * Ar C +........
¿Cuánto vale el Peso molecular del Cloroformo CHCl3?
Mr CHCl3 = 1 *12 + 1 * 1 + 3 * 35,5 = 119,5 g/mol
También podemos generalizar importantes conceptos acerca de un doble significado, a nivel submicroscópico y a nivel macroscópico, de la notación química de Símbolos, Fórmulas y Ecuaciones.
Presentaremos este doble significado valiéndonos de representaciones gráficas para las entidades submicroscópicas y las representaciones gráficas ampliadas para los conceptos (de moles) usados a nivel macroscópico.
LA ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES.

Para dar adecuada respuesta a la pregunta planteada es necesario averiguar las relaciones matemáticas que expresan el comportamiento de las distintas variables que determinan el estado de un sistema gaseoso. Un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando, además de precisarse la naturaleza del gas, se conocen tres de las siguientes cuatro variables:
n = Número de moles, V = Volumen, P = Presión y t = temperatura.
Para comenzar el estudio de las relaciones es conveniente definir el Volumen Molar
MÉTODO DE DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR
La determinación experimental del valor de Mr es de fundamental importancia cuando no se conoce la fórmula de alguna sustancia. Si la sustancia se puede evaporar podemos aplicar la ecuación anterior pero para calcular el Peso Molecular.
DETERMINACIÓN DE FÓRMULAS EMPÍRICAS Y MOLECULARES
Mostraremos a continuación la forma sistemática de determinar las fórmulas empíricas y las moleculares haciendo uso de los conceptos de Ar y Mr.
Fórmula Molecular
La Fórmula Molecular indica la cantidad exacta de átomos de cada elemento en la molécula. Esa cantidad exacta de átomos debe mantener la proporción observada en la fórmula empírica, por lo tanto, la fórmula Molecular debe ser (CH2 )m donde m es un número entero por determinar.
CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS
Se refieren a la determinación de las cantidades de Sustancias ( A,B,C y D ) involucradas en una determinada reacción química.
Sea a A + b B = c C + d D la ecuación de la reacción general, donde a,b,c y d son los respectivos Coeficientes Estequiométricos.
Sean niA , niB ,niC , niD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante inicial de la reacción (tiempo = 0)
Sean ntA , ntB ,ntC , ntD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante t desde el momento inicial de la reacción ( tiempo = t )
Transcurrido el tiempo t, cada una de las sustancias ha variado como consecuencia de la reacción, ya sea desapareciendo (Reactivos) o bién apareciendo (Productos) en las siguientes cantidades.
La Condición de Estequiometría establece:
Es la forma matemática de indicar que cada sustancia reacciona en cantidad de moles que es proporcional al respectivo coeficiente estequiométrico. Las expresión relaciona las cantidades de moles que reaccionan, de todas las sustancias, en todo instante.

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PROPIEDADES FISICOQUIMICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS

Los tipos de enlaces, la direccionalidad de éstos, los rasgos eléctricos y otras características moleculares determinan las propiedades fisicoquímicas de las sustancias.
Parece conveniente referirse en éste momento a la fortaleza comparada de los distintos tipos de enlaces interatómicos. La fortaleza del enlace está dada por la energía necesaria para romper el enlace y ésta a su vez es directamente proporcional a la energía de estabilización o energía liberada cuando el enlace se forma.
El enlace covalente es el más fuerte, lo sigue el iónico y finalmente el metálico que es el más débil.
MOLECULAS GIGANTES
Son arreglos de átomos, unidos mediante fuerzas de enlace químico (interatómico), en que no está definido el tamaño del sistema. Por lo general son arreglos de gran tamaño y de allí el nombre de la categoría. La proporción de distintos átomos se conoce y se representan estos sistemas por su fórmula empírica. La fórmula verdadera es (F.E.) n , pero n es indeterminada.
Hay tres grandes tipos de moléculas gigantes, las de enlace iónico, las de enlace covalente y las de enlace metálico.
COVALENTES TRIDIMENSIONALES
Son arreglos tridimensionales de átomos iguales o diferentes unidos por enlaces covalentes y dispuestos en el espacio siguiendo las reglas de la hibridación. Son las estructuras más rígidas, duras o resistentes que se conocen.
Sus temperaturas de fusión son muy altas ( miles de°C) y en muchos casos se descomponen químicamente por el calor antes de entrar en fusión. Por otra parte la separación de las partículas por acción de moléculas de un solvente es imposible, por lo tanto son completamente insolubles.
COVALENTES BIDIMENSIONALES
Es cuando la red de enlaces covalentes se teje en dos dimensiones. Los mismos conceptos de infusibilidad e insolubilidad que para las mallas trididimensionales pero no así en lo que se refiere a la dureza pues las fuerzas de atracción entre las mallas bidimensionales es débil. Por esa razón estas sustancias son blandas en el sentido del desprendimiento de las mallas.
El ejemplo típico es el Carbono en su forma de grafito en que los C están hibridizados sp2 . Es interesante consignar que en cada orbital pz existen un electrón. Estos electrones se pueden desplazar sobre la malla y en consecuencia el grafito es conductor de la corriente eléctrica.
COVALENTES UNIDIMENSIONALES
Corresponde a las sustancias denominadas polímeros, largas cadenas de unidades conectadas por enlaces covalentes.
Los homopolímeros que repiten unidades iguales (-A-A-A-A-A-A- ; -(A)- n ).
Los copolímeros que repiten unidades distintas ( A-B-A-B-A-B- ; ( -A-B-) n ).
Son cadenas largas llamadas también macromoléculas y por ésta razón es que interaccionan unas con otras de manera significativa. Las interacciones entre macromoléculas son fuerzas de distintos tipos y que veremos más adelante en el caso de moléculas pequeñas.
En los polímeros, en primer término, la fusión y la solubilización están determinadas por la magnitud de las fuerzas de atracción entre las macromoléculas, en principio altas, precisamente por la longitud de las cadenas. Sin embargo, existe un segundo factor determinante, el factor entrópico o desorden que pueden alcanzar las estructuras una vez solubilizadas o fundidas.
Los polímeros flexibles o plegables forman estructuras sólidas bifásicas (cristalinas – amorfas) que son quebradizas, éstas estructuras se pueden disolver o fundir con relativa facilidad pues cuando alcanzan tales estados la macromoléculas están muy enroscadas, plegadas u ovilladas, en suma desordenadas lo que favorece el proceso de separación de las macromoléculas.
En cambio, las macromoléculas rígidas no tienen favorable el factor entrópico y así son dificiles de fundir y solubilizar. Estos polímeros rígidos, en el sólido son monofásicos y de mucha resistencia ( Kevlar).
IONICAS.
En estas moléculas gigantes los átomos están unidos por enlaces iónicos. Es decir son un arreglo de iones positivos y negativos que se disponen alternadamente en el espacio compensando sus cargas . La geometría del arreglo es simple cuando los iones positivos y negativos son monoatómicos y además se encuentran en relación 1:1 como en el caso del Na+Cl -. Cuando los iones son complejos, con grandes diferencias de tamaños o la proporción entre ellos no es simple, los arreglos son complicados y son materia de estudio de la Cristalografía que hace uso de las técnicas de difracción de rayos X para resolver estas situaciones.
METALICAS
Corresponde al caso de los metales. Los átomos metálicos , al ser muy electropositivos se desprenden de sus electrones de valencia pasando a formar iones positivos. Por su parte los electrones que han perdido su pertenencia a un átomo determinado se mueven entre los iones constituyendo una nube de electrones delocalizados. Esta nube de electrones que une a iones positivos es el enlace metálico.
MOLECULAS CONVENCIONALES
O SUSTANCIAS MOLECULARES
Son aquellos sistemas formados por moléculas que se encuentran claramente definidas, se conoce el número exacto de átomos y de qué elementos está constituída la molécula. Se representan por las llamadas fórmulas moleculares reales.
En su gran mayoría las moléculas de ésta categoría unen sus átomos con enlaces covalentes y al expresar esto pensamos en muchas moléculas simples formadas entre no metales y en la inmensa cantidad de compuestos orgánicos constituídos principalmente por los elementos C, H, O, N, P, S.

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EL ENLACE QUIMICO
El enlace químico es la fuerza que une a los atomos para formar las moléculas.
Como ya se ha dicho es un proceso de estabilización por interacciones electrónicas donde cada átomo trata de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano. Por lo general los gases nobles tienen 8 electrones de valencia, de allí se acostumbra a decir que el enlace químico se forma cumpliendo la "regla del octeto".
La energía de estabilización se denomina también la energía de enlace y corresponde además de la energía liberada cuando se forma el enlace a la energía necesaria para romper el enlace.
Aquí es conveniente repasar el concepto de electrones de valencia y su representación mediante la notación de Lewis.
Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en los orbitales de mayor número cuántico principal más aquellos que están en orbitales con el número cuántico principal anterior al mayor a condición de estar incompletos.
TIPOS DE ENLACES Y POLARIDAD DE LOS ENLACES
Existen dos mecanismos para cumplir la regla del octeto.
a. ENLACE IONICO. Cesión de electrones, de parte de un átomo fuertemente electropositivo a otro fuertemente electronegativo. Formación de iones positivos y negativos y atracción electrostática entre ellos.
b. ENLACE COVALENTE. Compartición de parejas de electrones entre átomos de parecida o igual electronegatividad. Electrones compartidos con spines opuestos y atracción magnética.
Ejemplos de estas situaciones, donde se muestra la estructura electrónica a nivel molecular, se dan a continuación mediante las correspondientes notaciones de Lewis.
ENLACE COVALENTE DATIVO Y CARGAS FORMALES
Se presenta con relativa frecuencia la situación que para formar un enlace covalente o de compartición, es uno de los átomos participantes del enlace el que aporta la pareja de electrones del enlace. El enlace que se forma se llama covalente dativo y va acompañado de desbalances de cargas eléctricas que deben ser determinados para tener una clara visión de la situación molecular.
Los desbalances de cargas eléctricas se detectan mediante el cálculo de las cargas formales haciendo uso de la siguiente relación:
CF = N° de electrones de valencia - ( N° electrones no enlazantes + 1/2 N° electrones enlazantes )
EL ENLACE QUÍMICO Y LA MECANICA CUANTICA
La Mecánica Cuántica contempla la combinación matemática de las funciones de ondas de orbitales atómicos para dar orbitales moleculares ( pertenecen a la molécula). La combinación produce dos orbitales moleculares.
ENERGÍA DE LOS ORBITALES MOLECULARES ENLAZANTES Y ANTIENLAZANTES EN FUNCIÓN DE LA DISTANCIA INTERATÓMICA
La suma de funciones atómicas da un orbital molecular enlazante donde se sitúa la pareja de electrones con spines opuestos . Este se puede visualizar como la superposición de los orbitales atómicos. En el grafico siguiente se muestra la energía de éste orbital molecular en función de la distancia internuclear. Existe una estabilización a medida que los átomos se acercan pues predominan las fuerzas de atracción entre los atomos sin embargo si los átomos se acercan demasiado hay una desestabilización producto de fuerzas de repulsión interatómica. La menor energía corresponde a un pozo de energía en que se encuentran los átomos en equilibrio respecto de las atracción y la repulsión interatómicas. Este pozo de energía determina la distancia internuclear llamada también longitud de enlace.
La diferencia de funciones atómicas genera un orbital molecular antienlazante marcado por fuerzas de repulsión en donde la la mayor estabilidad se alcanza cuando los átomós están separados a gran distancia. En este orbital los electrones se encuentran con spines paralelos. Corrresponde al proceso de ruptura d el enlace.
LA HIBRIDACIÓN DE ORBITALES

La disposición de los átomos en el espacio se determina experimentalmente mediante la técnica de difracción de rayos X. Para hacer concordar la información experimental con aspectos teóricos se ha visto la necesidad de formular un modelo de reordenamiento posicional de los orbitales atómicos. Esta formulación de orden matemático se conoce como hibridación de los orbitales atómicos (mezcla matemática de funciones de onda).
Existen diferentes formas de hibridación y la forma que en definitiva adopte un átomo decidirá la orientación espacial de sus orbitales y por consecuencia la GEOMETRIA MOLECULAR .
LA LONGITUD Y LA ESTABILIDAD DE LOS ENLACES DE ATOMOS HIBRIDIZADOS.
Puesto que los orbitales s son pequeños y de baja energía comparados con los orbitales p que son de mayor alcance y mayor energía, los enlaces de átomos hibridizados mantendrán aquellas características según el grado de carácter s o p tenga cada situación.

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PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS
La repetición de las configuraciones electrónicas y la consiguiente conformación de un sistema de períodos y grupos es el fenómeno de carácter periódico más relevante. Sin embargo, hay otras propiedades atómicas importantes afectadas de carácter periódico.
El RADIO ATOMICO (R.A.)
Es la distancia entre el núcleo del átomo y el electrón periférico.
El siguiente gráfico muestra elocuentemente la variación periódica del Radio Atómico al avanzar el Número Atómico en los elementos. Se observa que los picks de mayor Radio Atómico corresponde a los metales alcalinos.
El RadioAtómico disminuye "suavemente" al Aumentar Z en un Período El Radio Atómico aumenta "bruscamente" al aumentar Z en un Grupo o familia. Los iones son atomos cargados eléctricamente que resultan de ganar o perder electrones.El Radio de lo iones es diferente al de los atomos neutros. Los iones negativos ( ganan electrones) son de mayor Radio, en cambio los positivos, ( pierden electrones) son menor Radio.Las estructuras isoelectrónicas, son iones positivos o negativos o bien átomos neutros que poseen igual configuración electrónica ( igual número de electrones ). Puede pensarse, que por ésta razón, el Radio de las estructuras isoelectrónicas debe ser el mismo. No es así, pues, al igual que acontece con la disminución de los radios en un Período, la carga positiva en el nucleo es diferente. A mayor Z menor Radio.

EL POTENCIAL DE IONIZACIÓN ( P . I .)

Es la Energía que se necesita para arrancar el electrón periférico a un átomo neutro libre.

POTENCIAL DE IONIZACIÓN

Mientras más cercano al nucleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viciversa. En consecuencia la magnitud de la Energía de Ionización se comporta en forma inversa a la del Radio Atómico.


LA ELECTROAFINIDAD ( E . A .)


Es la Energía que se libera cuando un átomo libre y neutro capta un electrón .

ELECTROAFINIDAD

Mientras más cercano al nucleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viciversa. En consecuencia la magnitud de la Electroafinidad se comporta en forma inversa a la del Radio Atómico .
No cuenta para los gases nobles


LA ELECTRONEGATIVIDAD ( E. N.)

La Electronegatividad es una magnitud que engloba tanto al P.I como a la E.A. y, en consecuencia, es proporcional a ambas. De la misma forma que las magnitudes anteriores se comporta en forma inversa al Radio Atómico
Mide la tendencia a formar iones negativos o bien la capacidad de atraer electrones.
La electronegatividad máxima es la del Fluor e igual a 4. No cuenta para los gases nobles.

LA ELECTROPOSITIVIDAD ( E . P .)

La Electropositividad es una magnitud de sentido inverso de la E. N.
Mide la tendencia a formar iones positivos o bien la capacidad de perder, ceder o repeler electrones.
Tampoco cuenta para los gases nobles
LA FORMACIÓN DE LOS IONES

Las propiedades periódicas recién estudiadas y sus variaciones en el ordenamiento del Sistema Periódico apuntan a un hecho de singular importancia para el comportamiento químico de los distintos elementos. Esta es la situación de estabilidad, sinónimo de baja energía, de los sistemas electrónicos de los gases nobles. Estos sistemas tienen sus orbitales comprometidos, completos de electrones. La circunstancia que las moléculas de gases nobles son monoatómicas son la prueba de tal estabilidad, es decir, los átomos de los gases nobles no realizan intercambios electrónicos ni para formar iones ni para unirse con otros átomos pues sus configuraciones electrónicas son estables.
LA FORMACION DE LAS MOLECULAS
La formación de los iones o bién alcanzar ciertos estados de oxidación hay que observarlo como un proceso asociado entre distintos átomos y que conduce a la formación de las moléculas de las diferentes Sustancias Puras. Las fórmulas (atomicidades) de aquellas moléculas puede deducirse teniendo en cuenta el estado de oxidación de los iones estabilizados y fundamentalmente la necesidad que la estructura molecular resultante sea eléctricamente neutra. La atomicidad de un elemento se obtiene tomando en primer término el valor absoluto del estado de oxidación del átomo del otro elemento y viciversa, luego aquellas atomicidades se simplifican, de ser posible, llegándose a las definitivas.
LOS ACIDOS Y LAS BASES
Mejor que un nuevo tipo de compuestos habría que señalar que son compuestos que poseen una propiedad relacionada a la reacción de disociación del agua y a los iones que allí son liberados:
ACIDOS son sustancias de fórmula general HA que se disocian en agua liberando el ión hidrógeno Observar como la denominación del ácido se transforma para el aniónObservar como la denominación del ácido se transforma para el aniónBASES son sustancias de fórmula general BOH que se disocian en agua liberando el ión hidroxilo.Anión es un ión de carga negativa y Catión es un ión de carga positiva. Los nombres provienen de la Electroquímica