Tipos de enlace

Enlaces

Los enlaces son las fuerzas que unen a los átomos entre sí para que estos conformen moléculas. Existen tres tipos de enlaces: el iónico, el metálico y el covalente.

Enlace iónico: este enlace se da con la atracción electroestática de átomos que poseen cargas eléctricas cuyos signos son contrarios. Para que se realice este enlace, necesariamente uno de los elementos debe cederle electrones a otro. Generalmente, los enlaces iónicos se dan entre un metal que cede electrones y un no metal. El primero es electropositivo y el segundo electronegativo. Estos enlaces se caracterizan por poseer elevados puntos de ebullición y fusión, suelen ser solubles y, en soluciones acuosas o fundidos, conducen electricidad aunque no en estado sólido.

Enlace covalente: a diferencia de los enlaces iónicos, los covalentes se establece a partir del compartimiento, entre dos o varios átomos, de electrones y no de su transferencia. De esta manera, los átomos se unen por medio de los electrones ubicados en las últimas órbitas. Suele establecerse entre elementos gaseosos no metales. Existen dos tipos de sustancias covalentes: las redes y las sustancias covalentes moleculares. Las redes se caracterizan por ser aislantes, sólidas, duras y las temperaturas de ebullición y fusión son muy altas. Las sustancias, en cambio, son blandas, aislantes del calor y de la corriente eléctrica, sus temperaturas de ebullición y fusión son bajas y pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso.

Enlace metálico: es el que mantiene unidos a los átomos de los metales entre sí y sólo se da entre sustancias que se encuentren en estado sólido. Los átomos metálicos conforman estructuras muy compactas al agruparse muy próximos entre sí. Los electrones de valencia tienen la capacidad de moverse con libertad en el compuesto metálico a causa de la baja electronegatividad que tienen los metales. Esto hace que el compuesto posea conductividad térmica y eléctrica. Estos enlaces se caracterizan por encontrarse en estado sólido, poseer brillo metálico, son maleables y dúctiles y emiten electrones al recibir calor.

Enlace covalente polar

En un enlace covalente polar uno de los atomos ejerce una atracción mayor sobre los electrones de enlace que otro. Esto depende de la electronegatividad de los átomos que se enlazan. Cuando la diferencia de electronegatividad entre los átomos de enlace está entre 0.5 y 2.0, la desigualdad con que se comparten los electrones no es tan grande como para que se produzca una transferencia completa de electrones; el átomo menos electronegativo aún tiene cierta atracción por los electrones compartidos.

Enlace covalente no polar

Cuando el enlace lo forman dos atomos del mismo  elemento la diferencia de electronegatividad es cero, entonces se forma un enlace covalente  no polar. El enlace covalente no polar se presenta entre átomos del mismo elemento o entre átomos con muy poca diferencia de electronegatividad. Un ejemplo es la molécula  de hidrógeno, la cual está formada por dos átomos del mismo elemento, por lo que su diferencia es cero. Otro ejemplo, pero con átomos diferentes, es el metano. La electronegatividad del carbono es 2.5 y la del hidrógeno es 2.1; la diferencia entre ellos es de 0.4 (menor de 0.5), por lo que el enlace se considera no polar. Además el metano es una molécula muy simétrica, por lo que las pequeñas diferencias de electronegatividad en sus cuatro enlaces se anulan entre sí.

Modelos Atómicos

Modelos atómicos

Modelo atómico de Dalton:

En 1808, Dalton publicó sus ideas sobre el modelo atómico de la materia las cuales han servido de base a la química moderna. Los principios fundamentales de esta teoría son: 

Introduce la idea de la discontinuidad de la materia, es decir, esta es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos (dejando aparte a precursores de la Antigüedad como Demócrito y Leucipo, cuyas afirmaciones no se apoyaban en ningún experimento riguroso). 

Los postulados básicos de esta teoría atómica son: 

• La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables, que se denominan átomos. 

• Actualmente, se sabe que los átomos sí pueden dividirse y alterarse. 

• Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí (presentan igual masa e iguales propiedades). 

Actualmente, es necesario introducir el concepto de isótopos: átomos de un mismo elemento, que tienen distinta masa, y esa es justamente la característica que los diferencia entre sí. 


Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades. 

Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla. 

Thomson

Después de observar que los rayos catódicos se producían para diferentes gases y, tener en cuenta el orden de magnitud de la relación entre la masa y la carga de los corpúsculos o electrones, Thomson formuló la hipótesis de que dichos electrones procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que indicaba que los átomos son divisibles.

Lo expresó así:   "Después de largas meditaciones acerca de los experimentos, me pareció que eran ineludibles las conclusiones siguientes:  1) Los átomos no son indivisibles; porque de ellos se pueden arrancar partículas cargadas de electricidad negativa, por la acción de fuerzas eléctricas, el choque de átomos que se mueven con rapidez, la luz ultravioleta o el calor.  2) Todas esas partículas son iguales en cuanto a la masa y llevan la misma carga de electricidad negativa, sea cual fuere la especie de átomos de que salgan, y son elementos constitutivos de todo átomo.  3) La masa de dichas partículas es menos de un millonésimo de la masa de átomo de hidrógeno"  Sobre la base de estas hipótesis, Thomson fue el primer científico que planteó, en 1904, un modelo de estructura del átomo. Al ser tan pequeña la masa de los electrones, supuso que prácticamente toda la masa del átomo acumulaba la carga positiva y ocupaba todo el volumen atómico. Creyó también que esa masa de carga positiva era fluida y los electrones podían penetrar o incrustarse en ella. Como tienen carga negativa imaginó que estaban adheridos a la masa principal (de carga positiva) y se distribuían en posiciones equidistantes y lo más alejadas posible entre sí.  Rutherford  En 1910, Ernest Rutherford, un físico neozelandés, quiso poner a prueba el modelo atómico postulado por Sr. Joseph Thomson,el cual consistió en que hacer pasar un rayo de particulas alfa (particulas cargadas positivamente) a través de una lámina de oro extremadamente delgada. Los resultados obtenidos, llevaron a Rutherford a plantear su propio modelo atómico. Las principales conclusiones que se obtuvieron fueron:   El átomo es mayormente vacío, lo que explicaría el porque la mayoría de las particulas atravesaron la lámina de oro sin sufrir desviación.   El átomo posee un centro denso, que abarca la totalidad de la masa. Además, este centro, llamado núcleo, está cargado positivamente, razón por la cual, las partículas alfa al acercarse a él sufrían desviaciones (cargas iguales se repelen).   Debido a que el átomo es eléctricamente neutro, los electrones deben estar rodeando al núcleo, girando en órbitas circulares alrededor de él, tal y como lo hacen los planetas alrededor del Sol. La cantidad de electrones es igual y de signo contrario a la carga ubicada en el núcleo. Bohr El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Fisica en1922), propuso un nuevo modelo atómico que se basa en tres postulados: Primer Postulado: Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas estacionarias sin emitir energía  Segundo Postulado: Los electrones solo pueden girar alrededor del núcleo en aquellas órbitas para las cuales el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2p. Tercer postulado: Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética. Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía, sólo lo hace cuando cambia de órbita. Si pasa de una órbita externa (de mayor energía) a otra más interna (de menor energía) emite energía, y la absorbe cuando pasa de una órbita interna a otra más externa. Por tanto, la energía absorbida o emitida será: En resumen podemos decir que los electrones se disponen en diversas órbitas circulares que determinan diferentes niveles de energía. Bohr describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón. En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana posible al núcleo. Cada órbita se corresponde con un nivel energético que recibe el nombre de número cuántico principal, se representa con la letra " n " y toma valores desde 1 hasta 7 . A continuación se observa  tabla con los desarrollos experimentales de los 4 científicos: Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico 1808 John Dalton Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química. La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico. 1897 J.J. Thomson Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones. De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. (Modelo atómico de Thomson.) 1911 E. Rutherford Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente. (Modelo atómico de Rutherford.) 1913 Niels Bohr Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. (Modelo atómico de Bohr.)

Electrolisis del agua

Electrolisis del agua

 La electrolisis del agua es la descomposición de agua (H 2 O) en oxígeno (O 2) y de hidrógeno gas      (H 2) debido a una corriente eléctrica que pasa a través del agua.

Principio

Una fuente de alimentación eléctrica está conectada a dos electrodos, o dos placas (por lo general hechas de un metal inerte como el platino o acero inoxidable) que se colocan en el agua. En una celda diseñada correctamente, el hidrógeno aparece en el cátodo (el electrodo con carga negativa, donde los electrones entran en el agua), y el oxígeno aparecerá en el ánodo (el electrodo con carga positiva).

Suponiendo el ideal de faradai de eficiencia, la cantidad de hidrógeno generado es el doble del número de moles de oxígeno, y ambos son proporcionales al total de carga eléctrica llevada a cabo por la solución. Sin embargo, en muchas células compiten reacciones secundarias dominantes, dando lugar a diferentes productos y menos de la eficiencia faradaic ideal.

La electrolisis del agua pura requiere el exceso de energía en forma de sobre-tensión para superar la activación de diversas barreras. Sin el exceso de energía de la electrólisis del agua pura se produce muy lentamente o nada. Esto se debe en parte a la limitada auto-ionización del agua . El agua pura tiene una conductividad eléctrica cerca de una millonésima de agua de mar. Muchas celdas electrolíticas también pueden carecer de la necesaria electrocatalizadores . La eficacia de la electrólisis se incrementa a través de la adición de un electrolito (tales como sal , un ácido o una base ) y el uso de electrocatalizadores .

Actualmente, el proceso electrolítico es raramente usado en aplicaciones industriales ya que el hidrógeno puede ser producido más asequiblemente gracias a los combustibles fósiles.

6 tipos de mezcla

CLASES Y EJEMPLOS DE MEZCLAS

Según el estado físico de las sustancias que las forman, las mezclas se pueden clasificar en:    Mezclas de sólidos con sólidos Las mezclas de sólidos precisan la trituración de cada uno de los componentes. estas mezclas pueden ser: Mezclas homogéneas. son las conocidas mezclas de metales como aleaciones. algunas tienen nombre propio como  bronce (cobre, cinc y estaño), el latón (cobre y cinc), acero inoxidable (hierro y cromo) o las amalgamas (mercurio y cualquier otro metal). Se preparan mezclando los metales en estado fundido y se deja enfriar para que solidifiquen conjuntamente. Mezclas heterogéneas. Formadas por la unión de partículas sólidas de distinto tamaño, forma y características.  Mezclas de líquidos con líquidos En general los líquidos se clasifican en dos grupos: hidrófilos o polares y lipófilos o apolares. Dos líquidos se mezclan bien si son del mismo grupo y mal si son de distinto grupo como el agua y el aceite. Hay dos tipos de mezclas: Disoluciones. Son mezclas de aspecto claro y transparente donde las sustancias se mezclan íntimamente hasta nivel molecular. Se dice que los líquidos son miscibles. Se pueden mezclar en cualquier proporción y siempre resulta una mezcla homogénea. Emulsiones. Sucede entre dos líquidos inmiscibles. Al agitar vigorosamente uno puede quedar inmerso en otro como microgotitas. No es una mezcla a nivel molecular por lo que en reposos llegan a separarse. Con la ayuda de sustancias emulsionantes puede prolongarse la estabilidad de la emulsión.  Mezclas de gases con gases Los gases tienen las partículas muy desunidas y separadas entre sí por lo que no tienen inconveniente en moverse entre las partículas de otro gas. Dos o más gases siempre se mezclan bien. Las mezclas de gases se usan mucho en la industria, en los motores de combustión,.... Incluso el aire que respiramos es una mezcla de gases (78 % de Nitrógeno, 21 % de Oxigeno , y 1% restante de otros gases).

Mezclas de sólidos en líquidos Hay sólidos que se mezclan perfectamente con un líquido y no con otro. hay varios tipos de mezclas: Disoluciones. se forman cuando el sólido se disgrega hasta el nivel molecular o iónico. un sólido puede sisolverse bien en un líquido y no en otro, por ejemplo el NaCl (Cloruro sódico) se disuelve bien en agua y no en gasolina. Suspensiones,son mezclas con aspecto turbio, con partículas visibles a simple vista o al microscopio. Se pueden separar por filtración o sedimentación. Ej: aguas cargadas de barro. Coloides.tienen aspecto claro. las partículas sólo pueden verse al microscopio electrónico. Ejemplo: la clara de huevo. Geles, estado intermedio entre el sólido y el líquido. Ejemplos: el queso, la gelatina, el ópalo, tinta, pinturas líquidas.  Mezclas de gases en líquidos y sólidos Los gases son materia no agregada, que siempre se puede interponer bien con las partículas de otros cuerpos. Existen varios tipos de estas mezclas: Disoluciones. En mayor o menor medida todos los gases son solubles en líquidos. Pensemos en el oxígeno disuelto en el agua que permite la vida de los animales acuáticos, dióxido de carbono en agua, las bebidas carbónicas,  . Espumas líquidas. Se producen al mezclar un gas y un líquido si el gas no llega a disolverse completamente. Ejemplo: la nata y las claras de huevo montadas. Espumas sólidas. Algunas espumas tienen consistencia sólida. Ejemplos: merengue, piedra pómez, poliuretano,...  Mezclas de líquidos o sólidos con gases Las mezclas de líquidos o sólidos con gases se denominan aerosoles. Están formadas por partículas sólidas o líquidas tan pequeñas que pueden permanecer suspendidas en un gas.  Son frecuentes en insecticidas, ambientadores o productos farmaceúticos. Hay dos tipos: Aerosoles de líquidos. Por ejemplos: las nubes, las nieblas y la neblina. Aerosoles de sólidos. Los humos son mezclas de este tipo. Si hacemos pasar el aire con humos por filtros finos de papel, las partículas sólidas quedan retenidas en el filtro.

Investigación sobre el agua

El agua
 El agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo humano.
 El ser humano no puede estar sin beberla más de cinco o seis días sin poner en peligro su vida. El cuerpo humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extra-celular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos.  
En las reacciones de combustión de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación de agua es mayor al oxidar las grasas - 1 gr. de agua por cada gr. de grasa -, que los almidones -0,6 gr. por gr., de almidón-. El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica, y es fundamental para los animales adaptados a condiciones desérticas. Si los camellos pueden aguantar meses sin beber es porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de agua metabólica con una dieta normal no pasa de los 0,3 litros al día.

Como se muestra en la siguiente figura, el organismo pierde agua por distintas vías. Este agua ha de ser recuperada compensando las pérdidas con la ingesta y evitando así la deshidratación.

Estructura y propiedades del agua:

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El  ángulo entre los enlaces H-O-H   es  de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

Propiedades del agua

Acción disolvente:

El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno.

En el caso de las disoluciones iónicas  los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

Elevada fuerza de cohesión.

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.

 Gran calor específico.

También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante .

Elevado calor de vaporización.

      Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los                        responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua , primero hay que romper los          puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía                   cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa.
      Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º        C y presión de 1 atmósfera.

   

 Las funciones del agua , íntimamente relacionadas con las propiedades anteriormente descritas , se podrían resumir en los siguientes puntos:              

•    En el agua de nuestro cuerpo tienen lugar las reacciones que nos permiten estar vivos. Forma el medio acuoso donde se desarrollan todos los procesos metabólicos que tienen lugar en nuestro organismo. Esto se debe a que las enzimas (agentes proteicos que intervienen en la transformación de las sustancias que se utilizan para la obtención de energía y síntesis de materia propia) necesitan de un medio acuoso para que su estructura tridimensional adopte una forma activa.

•     Gracias a la elevada capacidad de evaporación del agua, podemos regular nuestra temperatura, sudando o perdiéndola por las mucosas, cuando la temperatura exterior es muy elevada es decir, contribuye a regular la temperatura corporal mediante la evaporación de agua a través de la piel.

• Posibilita el transporte de nutrientes a las células y de las sustancias de desecho desde las células. El agua es el medio por el que se comunican las células de nuestros órganos y por el que se transporta el oxígeno y los nutrientes a nuestros tejidos. Y el agua es también la encargada de retirar de nuestro cuerpo los residuos y productos de deshecho del metabolismo celular.

•      Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando                                hidrogeniones (H₃O⁺) o hidroxilos (OH ^-)  al medio.

Recomendaciones sobre el consumo de agua

Si consumimos agua en grandes cantidades durante o después de las comidas, disminuimos el grado de acidez en el estómago al diluir los jugos gástricos. Esto puede provocar que los enzimas que requieren un determinado grado de acidez para actuar queden inactivos y la digestión se ralentize. Los enzimas que no dejan de actuar por el descenso de la acidez, pierden eficacia al quedar diluidos. Si las bebidas que tomamos con las comidas están frías, la temperatura del estómago disminuye y la digestión se ralentiza aún más.

Como norma general, debemos beber en los intervalos entre comidas, entre dos horas después de comer y media hora antes de la siguiente comida. Está especialmente recomendado beber uno o dos vasos de agua nada más levantarse. Así conseguimos una mejor hidratación y activamos los mecanismos de limpieza del organismo.

En la mayoría de las poblaciones es preferible consumir agua mineral, o de un manantial o fuente de confianza, al agua del grifo.

Contaminación del agua y salud:

 El agua al caer con la lluvia por enfriamiento de las nubes arrastra impurezas del aire. Al circular por la superficie o a nivel de capas profundas, se le añaden otros contaminantes químicos, físicos o biológicos. Puede contener productos derivados de la disolución de los terrenos: calizas (CO₃Ca), calizas dolomíticas (CO₃Ca- CO₃Mg), yeso (SO₄Ca-H₂O), anhidrita (SO₄Ca), sal (ClNa), cloruro potásico (ClK), silicatos, oligoelementos, nitratos, hierro, potasio, cloruros, fluoruros, así como materias orgánicas.

Hay pues una contaminación natural, pero al tiempo puede existir otra muy notable de procedencia humana, por actividades agrícolas, ganaderas o industriales, que hace sobrepasar la capacidad de autodepuración de la naturaleza.

Al ser recurso imprescindible para la vida humana y para el desarrollo socioeconómico, industrial y agrícola, una contaminación a partir de cierto nivel cuantitativo o cualitativo, puede plantear un problema de Salud Pública.

Los márgenes de los componentes permitidos para destino a consumo humano, vienen definidos en los "criterios de potabilidad" y regulados en la legislación. Ha de definirse que existe otra Reglamentación específica, para las bebidas envasadas y aguas medicinales.

Para abastecimientos en condiciones de normalidad, se establece una dotación mínima de 100 litros por habitante y día, pero no ha de olvidarse que hay núcleos, en los que por las especiales circunstancias de desarrollo y asentamiento industrial, se pueden llegar a necesitar hasta 500 litros, con flujos diferentes según ciertos segmentos horarios.

Hay componentes que definen unos "caracteres organolépticos", como calor, turbidez, olor y sabor y hay otros que definen otros "caracteres fisicoquímicos" como temperatura, hidrogeniones (pH), conductividad, cloruros, sulfatos, calcio, magnesio, sodio, potasio, aluminio, dureza total, residuo seco, oxígeno disuelto y anhídrido carbónico libre.

Todos estos caracteres, deben ser definidos para poder utilizar con garantías, un agua en el consumo humano y de acuerdo con la legislación vigente, tenemos los llamados "Nivel-Guía" y la "Concentración Máxima Admisible (C.M.A.)".

Otro listado contiene, "Otros Caracteres" que requieren especial vigilancia, pues traducen casi siempre contaminaciones del medio ambiente, generados por el propio hombre y se refieren a nitratos, nitritos, amonio, nitrógeno (excluidos NO₂ y NO₃), oxidabilidad, sustancias extraibles, agentes tensioactivos, hierro, manganeso, fósforo, flúor y deben estar ausentes materias en suspensión.

Otro listado identifica, los "caracteres relativos a las sustancias tóxicas" y define la concentración máxima admisible para arsénico, cadmio, cianuro, cromo, mercurio, níquel, plomo, plaguicidas e hidrocarburos policíclicos aromáticos.

Todos estos caracteres se acompañan, de mediciones de otros que son los "microbiológicos" y los de "radioactividad" y así se conforma, una analítica para definir en principio, una autorización para consumo humano. Lógicamente también contiene nuestra legislación, la referencia a los "Métodos Analíticos para cada parámetro".

Pese a las características naturales de las aguas para destino a consumo humano y dado su importante papel como mecanismo de transmisión de importantes agentes microbianos que desencadenan enfermedades en el hombre, "en todo caso se exige", que el agua destinada a consumo humano, antes de su distribución, sea sometida a tratamiento de DESINFECCIÓN.