lunes, 26 de septiembre de 2011

GEOMETRIA MOLECULAR


          GEOMETRIA MOLECULAR.
Si pudiéramos observar las moléculas por dentro con un potente lente, veríamos que los átomos que las conforman se ubican en el espacio en posiciones bien determinadas. El ordenamiento tridemensional de los átomos en una molécula se llama geometría molecular.
En una molécula con enlaces covalentes hay pares de electrones que participan en los enlaces o electrones enlazantes, y electrones desapareados, que no intervienen en los enlaces o electrones no enlazantes. La interacción eléctrica que se da entre estos pares de electrones, determina la disposición de los átomos en la molécula. Veamos algunos ejemplos.
  • La molécula de agua H2O posee dos enlaces simples O - H y yiene dos pares de electrones no enlazantes en el átomo de oxígeno. Su geometría molecular es angular.http://photos1.blogger.com/blogger/3876/1136/320/H2OGM.1.jpg
  • La molécula de amoníaco (NH3) presenta 3 enlaces simples N - H y posee un par de electrones no enlazantes en el nitrógeno. La geometría molecular es piramidal.http://photos1.blogger.com/blogger/3876/1136/200/Fig3b_3C1.gif
  • La molécula de metano (CH4) tiene cuatro enlaces simples C - H y ningún part de electrones enlazantes. Su geometría molecular es tetraédrica.http://photos1.blogger.com/blogger/3876/1136/320/Fig6_3C1.gif
¿Cómo se puede saber la geometría de una molécula?
En la actualidad se emplean diversos métodos experimentales para conocer en forma precisa la estructura de una molécula particular. Pero en ocasiones basta con aplicar algunos métodos sencillos para obtener una geometría molecular aproximada.
Uno de los métodos para predecir la geometría molecular aproximada, está basada en la repuslsión electrónica de la órbita atómica más externa, es decir, los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo central se separan a la mayor distancia posible para minimizar las fuerzas de repulsión. Estas repulsiones determinan el arreglo de los orbitales, y estos, a su vez, determinan la geometría molecular, que puede ser lineal, trigonal, tetraédrica, angular y pirámide trigonal.
Geometría lineal: Dos pares de electrones alrededor de un átomo centarl, localizados en lados opuestos y separdos por un ángulo de 180º.
Geometría planar trigonal: Tres pares de electrones en torno a un átomo central, separados por un ángulo de 120º.
Geometría tetraédrica: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, ubicados con una separación máxima equivalente a un ángulo de 109,5º.
Geometría pirámide trigonal: Cuatro pares de electrones en torno a un átomo centra, uno de ellos no compartido, que se encuentran separados por un ángulo de 107º.
Geometría angular: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, con dos de ellos no compartidos, que se distancian en un ángulo de 104,5º

EL PETROLEO


El Petróleo http://www.educar.org/inventos/petroleo.jpg
Aunque se ha formado el petróleo en épocas milenarias, se lo comienza a utilizar hace unos 200 años.
El petróleo es una sustancia oleosa de color muy oscuro compuesta de hidrógeno y carbono, y se lo llama hidrocarburo. Puede hallarse en estado líquido o en estado gaseoso. En estado líquido es llamado aceite "crudo", y en estado gaseoso,  gas natural. Su origen es de tipo orgánico y sedimentario. Se formó como resultado de un complejo proceso físico-químico en el interior de la tierra, que, debido a la presión y las altas temperaturas, se van descomponiendo las materias orgánicas que estaban formadas especialmente por  fitoplancton y el zooplancton marinos, así como por materia vegetal y animal, que se fueron depositando en el pasado en lechos de los grandes lagos, mares  y océanos. A esto se unieron rocas y mantos de sedimentos. A través del tiempo se transformó esta sedimentación en petróleo y gas natural.
En 1852, el físico y geólogo canadiense Abraham Gessner logró una patente para conseguir del petróleohttp://www.educar.org/inventos/petroleo2.gif crudo un combustible para lámparas, el queroseno. En 1955, el químico estadounidense Benjamín Silliman hizo una publicación sobre los derivados útiles que se podían obtener de la destilación del petróleo.
La industria petrolera comienza en 1859, cuando Edwin L. Drake perforó el primer pozo para extraer petróleo, con la finalidad de obtener abundante kerosene para la iluminación.  En Rusia se perforaron los primeros pozos entre 1806 y 1819. En Canadá y en Alemania comenzaron las perforaciones en 1857.
Se lo comercializó por primera vez en 1850, cuando Samuel Kier, un boticario de Pittsburg, Pennsylvania (EE.UU.), lo vendía con el nombre de "aceite de roca" o "petróleo".
Más adelante comenzó a explotarse la industria del petróleo, que fue avanzando cada vez más hasta convertirse en elemento esencial para el desarrollo industrial y económico actual. El de mejor calidad es el llamado "liviano".
Los principales productores son el Reino Unido, Noruega, México, Rusia y Estados Unidos, que es el mayor consumidor. Los países árabes tienen una gran reserva petrolífera, que está en la mira de los países "desarrollados".
El petróleo constituye una de los más importantes materias primas que se negocian, con precios regulados internacionalmente.
Se encuentra en el subsuelo de ciertas zonas de la tierra, a diferentes profundidades.
La perforación se realiza con equipos integrados por:
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Torre de perforación o taladro
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Tubería o "sarta" de perforación
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Brocas que perforan el subsuelo

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Malacate
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Sistema de lodos que bombea, inyecta y saca a la superficie el material sólido de la perforación.
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Sistema de cementación.
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Fuerza motriz para perforar
El petróleo posee una gran variedad de compuestos, que hacen que se realicen más de  2.000 productos.
El petróleo se puede clasificar en parafínico, nafténico, asfáltico o mixto y aromático.
Los derivados son combustibles y petroquímicos, como polietileno. Se citan, entre otros:
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Gasolina
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Kerosene
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Gas Oil
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Gas propano
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Bencina
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Fuel Oil
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Disolventes
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Asfalto
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Polietileno
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Alquitrán
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Ceras
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Parafinas
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Naftas
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Gas natural
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Benceno
Estos combustibles causan contaminación por la producción, por el transporte y por el uso, y se ha alertado sobre los peligros de la lluvia ácida, el efecto invernadero y los vertidos en los mares u océanos.

El petróleo es un liquido aceitoso, inflamable, cuyo color varia de incoloro a negro y esta formado por una mezcla de hidrocarburos, principalmente de alcanos de cadena recta. El numero de átomos de carbono de estos hidrocarburos llega a pasar hasta los 70 (combustibles pesados y asfalto).
Otras veces contiene pequeñas cantidades de compuestos orgánicos que poseen nitrógeno, oxigeno o azufre. También se han encontrado metales como el vanadio. La composición del petróleo varia de un lugar a otro, e inclusive de un pozo a otro. Algunos petróleos contienen cicloalcanos, que en la industria petrolera se conocen con el nombre de naftenos.
La palabra petróleo proviene del vocablo latino petroleum, el cual, a su vez, esta formado por dos términos, petra que significa piedra y oleum que traduce aceite; en resumen, petróleo significa aceite de piedra (aceite de roca).

El petróleo se originó a partir de la descomposición de restos de animales y algas microscópicas acumulados en terrenos sedimentarios (formados por sucesivas capas de sedimentos), generalmente los lechos de los mares y de los grandes ríos y lagos. Esta materia orgánica se fue cubriendo, con el paso de mucho tiempo, con capas cada vez mayores de sedimentos, que la sepultaron
El origen de las cuencas petrolíferas
En las épocas de descenso de los bloques sobre los que se asientan las mesetas patagónicas se produjeron ingresiones marinas, que aportaron muchos sedimentos. La acumulación y la deposición de estos sedimentos marinos dio origen a las cuencas petrolíferas que se explotan actualmente en el área.

El petróleo es ciertamente una de las sustancias más valiosas de que podemos disponer. También se lo suele llamar “aceite mineral”. El vocablo “aceite” se aplica a una gran variedad de sustancias que tienen la característica común de ser líquidos grasos. Existen tres clases de aceites: animales, vegetales y minerales. Y todas ellas son de gran importancia para el hombre. Las grasas o aceites animales sólidos fueron los primeros que conocimos y forman parte de todos los animales. Los aceites vegetales más importantes son los procedentes de las aceitunas u olivas, del coco y de las semillas del algodón, girasol, maní, uva, lino, etcétera.

Aquí tratamos exclusivamente del aceite mineral o petróleo. Esta sustancia se encuentra en el interior de la Tierra y se compone principalmente de carbono e hidrógeno; es, por lo tanto, un hidrocarburo y no un mineral, ya que procede de sustancias orgánicas. La palabra petróleo, que usamos para designarlo, está compuesta por las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra, sino por estar aprisionado entre piedras.

Como el petróleo mana de la superficie en muchos sitios, fue conocido y utilizado por los pueblos antiguos en varias partes del mundo. En el Antiguo Testamento encontramos que al petróleo lo llaman betún. En el Génesis, en efecto, se nos describe el valle de Sidim como un lugar lleno de pozos de betún., Heródoto, historiador griego de la antigüedad, hace mención de los pozos de petróleo situados cerca de Babilonia y del manantial de la isla de Zante, en el mar Adriático. Esta isla sigue rindiendo petróleo dos mil años después de haber sido mencionada por Heródoto. Plinio, a su vez, nos habla del aceite mineral de Sicilia.

Los escritores de la antigua China y Japón hacen muchas referencias a este combustible, y Marco Polo, el gran viajero veneciano, nos habla del aceite de Bakú, sobre el mar Caspio, donde se explotan en la actualidad grandes pozos de petróleo.


El petróleo y el medio ambiente
El petróleo tiene el problema de ser insoluble en agua y por lo tanto, difícil de limpiar. Además, la combustión de sus derivados produce productos residuales: partículas, CO2, SOx (óxidos de azufre), NOx (óxidos nitrosos), etc.
La contaminación por petróleo se produce por su liberación accidental o intencionada en el  ambiente, provocando efectos adversos sobre el hombre o sobre el medio, directa o indirectamente.
La contaminación involucra todas las operaciones relacionadas con la explotación y transporte de hidrocarburos, que conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente. Afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora.
Efectos sobre el suelo: las zonas ocupadas por pozos, baterías, playas de maniobra, piletas de purga, conductos y red caminera comprometen una gran superficie del terreno que resulta degradada.
Esto se debe al desmalezado y alisado del terreno y al desplazamiento y operación de equipos pesados. Por otro lado los derrames de petróleo y los desechos producen una alteración del sustrato original en que se implantan las especies vegetales dejando suelos inutilizables durante años.
Efectos sobre el agua: en las aguas superficiales el vertido de petróleo u otros desechos produce disminución del contenido de oxígeno, aporte de sólidos y de sustancias orgánicas e inorgánicas.
En el caso de las aguas subterráneas, el mayor deterioro se manifiesta en un aumento de la salinidad, por contaminación de las napas con el agua de producción de petróleo de alto contenido salino.
Efectos sobre el aire: por lo general, conjuntamente con el petróleo producido se encuentra gas natural. La captación del gas está determinada por la relación gas/petróleo, si este valor es alto, el gas es captado y si es bajo, es venteado y/o quemado por medio de antorchas.
El gas natural está formado por hidrocarburos livianos y puede contener dióxido de carbono, monóxido de carbono y ácido sulfhídrico. Si el gas producido contiene estos gases,  se quema. Si el gas producido es dióxido de carbono, se lo ventea.
Efectos sobre la flora y la fauna: la fijación de las pasturas depende de la presencia de arbustos y matorrales, que son los más afectados por la contaminación con hidrocarburos. A su vez estos matorrales proveen refugio y alimento a la fauna adaptada a ese ambiente. Dentro de la fauna, las aves son las más afectadas, por contacto directo con los cuerpos de agua o vegetación contaminada, o por envenenamiento por ingestión. El efecto sobre las aves puede ser letal.
Si la zona de explotación es costera o mar adentro el derrame de hidrocarburos produce daños irreversibles sobre la fauna marina.
Casi la mitad del petróleo y derivados industriales que se vierten en el mar, son residuos que vuelcan las ciudades costeras. El mar es empleado como un accesible y barato depósito de sustancias contaminantes. Otros derrames se deben a accidentes que sufren los grandes barcos contenedores de petróleo, que por negligencia transportan el combustible en condiciones inadecuadas. De cualquier manera, los derrames de petróleo representan una de las mayores causas de la contaminación oceánica.
En general, los derrames de hidrocarburos afectan profundamente a la fauna y vida del lugar, razón por la cual la industria petrolera mundial debe cumplir normas y procedimientos estrictos en materia de protección ambiental.

CONFIGURACION ELECTRONICA


La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía. Aunque el modelo de Scrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.
La manera de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo, es a través de la configuración electrónica. El orden en el que se van llenando los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello debes seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha podrás ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.
Escribiendo configuraciones electrónicas
Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:
  • Saber el número de electrones que el átomo tiene; basta conocer el número atómico (Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro es igual al número atómico (Z = p+).
  • Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo (n = 1).
  • Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-).
Ejemplo:
Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital, según el principio de construcción de Aufbau.
Litio (Z = 3). Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energía con dos electrones que tendrán distinto spin (ms). El electrón restante ocupará el orbital 2s, que es el siguiente con menor energía: 
La flecha indica el valor del cuarto número cuántico, el de spin: para +1/2: ­ y para –1/2, respectivamente.
También podemos describir la distribución de electrones en el átomo de litio como:
Los electrones que tienen números de espín opuestos cancelan los efectos magnéticos y se dice que son electrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s en el átomo de Litio. De manera similar decimos que el electrón que ocupa el orbital 2s orbital está desapareado.
En la tabla a continuación vemos como se distribuyen los electrones de los átomos en orden creciente a su número atomico (Z):
En el helio se completa el primer nivel (n=1), lo que hace que la configuración del He sea muy estable.
Para el Boro el quinto electrón se sitúa en un orbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la misma energía no importa cuál de ellos ocupa.
En el carbono el sexto electrón podría ocupar el mimo orbital que el quinto u otro distinto. La respuesta nos la da:
la regla de Hund: la distribución más estable de los electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espínes paralelos.
Los electrones se repelen entre sí y al ocupar distintos orbitales pueden situarse más lejos uno del otro. Así el carbono en su estado de mínima energía tiene dos electrones desapareados, y el nitrógeno tiene 3.
El neón completa el nivel dos y al igual que el helio tiene una configuración estable.
Las configuraciones electrónicas pueden también escribirse de manera abreviada haciendo referencia al último nivel completo. Para ello, debemos ocupar la configuración de los gases nobles, ya que ellos tienen todos su orbitales completos con electrones (s2p6), como por ejemplo en el caso del helio (s2) y neon (s2p6) como se muestra en la tabla anterior.
  • Así la configuración del sodio Na, la podemos escribir como [Ne]3s1
  • También podemos escribir la configuración del litio como [He]2s1

A los electrones que pertenecen a un nivel incompleto se les denomina electrones de valencia.
El gas noble Argón representa el final del período iniciado por el sodio para n=3

1s 2s 2p 3s 3p

Ar 18
[Ne] 3s2 3p6

En el siguiente elemento, el potasio con 19 electrones, deberíamos empezar a llenar los orbitales 3d. Sin embargo el comportamiento químico del potasio es similar al de litio y el sodio, ambos con un electrón de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al potasio le correspondería la configuración [Ar] 4s1. Por lo tanto, el orbital 4s tendrá que tener menor energía que los orbitales 3d (el apantallamiento de los electrones en los orbitales 3d es mayor que el de los electrones en los orbitales 4s). 
Lo mismo ocurre a partir del elemento Sc (Z = 21) [Ar] 3d1 4s2. El último electrón no se agrega al subnivel 4p, sino al 3d, como lo indica el orden energético. Lo mismo sucede con las configuraciones de los emenetos Ti (Z = 22) y V (Z = 23). Con el cromo (Cr Z = 24) surge otra aparente anomalía porque su configuración es [Ar] 3d5 4s1. La lógica de llenado habría llevado a [Ar] 3d4 4s2, sin embargo la distribución fundamental correcta es la primera. Esto se debe a que el semillenado de orbitales d es de mayor estabilidad, puesto que su energía es más baja. 
Con el cobre Cu Z = 29 sucede algo similar al cromo, pusto que su configuración fundamental es [Ar] 3d10 4s1. La configuración [Ar] 3d9 4s2 es de mayor energía. La configuración con 10 electrones en orbitales d, es decir, el llenado total de estos orbitales es más estable.

domingo, 18 de septiembre de 2011

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EJEMPLOS DE LAS PAGUINAS 132, 134,135, 136, 137 Y 139:
EJEMPLO:
Calcular la molalidad de una disolución que tiene 0.5 moles  de NaCl en 0.2 kg de agua.
DATOS: m =?   n=0.5 mol NaCl   kg disolvente=0.2 kg H2O.
SOLUCIÓN: m= =
Calcular la molalidad de una disolución que contiene 12 g de Mg (OH), en 500 ml de H2O.
EJEMPLO:
DATOS: m=?
N=
Kg disolvente= 500 g H2O
SOLUCIÓN:
M= 0.4 m
EJEMPLO:
Calcular los gramos de NaOH que se requiere para preparar una disolución 0.80 m en 1200 ml de agua.
DATOS: masa NaOH =?     m=
Kg H2O=
SOLUCION:
A partir de m = , despejas n y obtienes n= (m) (kg); sustituyendo en la fórmula resulta: n=  .
Convierte los moles a gramos:
Masa NaOH=
EJEMPLO:
Los equivalentes-gramo de cada sustancia son:
ELEMTOS:
1.           Al3+ ;          Eq.g Al3+=                  1 Eq.g Al3+=9 g
2.           S2  ;           Eq-g S2  =               1 Eq-g S2       ACIDOS:
3.           HCl;          Eq-gHCl=          1Eq-gHCl
4.   H2SO4;             Eq-g H2O4=       1 Eq-gH2SO4     BASES:
5.   NaOH;             Eq-g NaOH        Eq-g NaOH
6.  Al(OH)3;           Eq-g Al(OH)3       Al(OH)3       SALES:
7.   K2SO4;              Eq-g K2SO4     

                                   Eq-g K2SO4=87 g
8.  Al2(SO4)3;   Eq-gAl2(SO4)3=
                     Eq-g Al2(SO4)3=57 g
Para determinar la concentración normal (N) debes    aprender a realizar las conversiones de unidades como se muestra en los siguientes ejemplos.
EJEMPLO:
100 g NaOH                Eq-g
Relacionando estequiométricamente  estas unidades observarás que:
EJEMPLO:
1.8 Eq-g H2SO4               gramos
Aplicando el mismo procedimiento analítico tendrá:
(1.8 Eq-g H2SO4)
Ahora  podrás interpretar adecuadamente la unidad de concentración química normal. Para ello, debes analizar la información la proporcionada y desarrolla el procedimiento metodológico sugerido. Analiza los siguientes ejemplos.
EJEMPLO:
¿Cuál es la normalidad de una disolución de HCl que contiene 0.35 Eq-g en 600 ml de dicha disolución?
DATOS:
N=?                    E=0.35 Eq-g HCl       V=600 ml= 0.60L
SOLUCIÓN: 
N=
EJEMPLO:
Calcula la normalidad que habrá en 1200 ml  disolución, la cual contiene 50 g H2SO4
DATOS:
N=?      E= (50 g H2SO4) Eq-g H2SO4
V=
SOLUCIÓN:
N=
EJEMPLO:
¿Cuántos gramos  de soluto  habrá en 800 ml de disolución 0.75N de H3BO3?
DATOS:
Masa  H3BO3=?    V=800 ml = 0.8 L         N= 0.75

SOLUCIÓN:
A partir de N= , despeja E y tendras   E= Nv; sustituyendo valores:
E=
Realizando la conversión:
Eq-g           gramos

OBTIENES:
Masa de H3BO3=


EJEMPLO:
Una disolución contiene 20 g de NaOH y 100 g de H2O.Calcula la fracción normal de NaOH y H2O.
DATOS:
Masa NaOH= 20 g  masa H2O=100 g
nNaOH=      nH2O=
 n disolución= nNaOH + nH2O      n disolución=0.5 mol+5.55 mol
n disolución=6.05 mol
SOLUCION:
XnNaOH=
X nH2O
OBSERVARAS QUE:
X nNaOH+ X nH2O =1         0.083+0.917=1           1=1