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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL, ORGÁNICA Y BIOQUÍMICA

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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL, ORGÁNICA Y BIOQUÍMICA - PowerPoint PPT Presentation


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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL, ORGÁNICA Y BIOQUÍMICA. Profesor: José Hidalgo Rodríguez.

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Presentation Transcript
slide2

Bibliografía:- Fundamentos de Química General, Orgánica y Bioquímica para Ciencias de la Salud,J. R. Holum, Grupo Noriega Eds., Limusa-Wiley, México D. F., 2000.- Química.R. Chang, 7ª Edición, Mc Graw-Hill, 1999.- Morrison R.T. y Boyd R.N, Química Orgánica, Addison Wesley, 5º ed., Massachusetts, 1998- Stryer L., Berg J.M. y Tymoczko J.L.,Bioquímica, 5ª Ed., Reverté, Barcelona, reimpresión 2004

slide4
La Química estudia las propiedades, la composición y la estructura de la materia, los cambios que sufre, y la variación de la energía asociada a estos cambios.
  • Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa espacio.

Ejemplos: madera, bencina, dinero, usted, yo, su estómago, aire, galaxias, plantas, insectos, microorganismos, etc.

slide5

Atomo (unidad más pequeña de una sustancia pura que posee todas sus características químicas)

Materia

(Sust. Puras)

Moléculas (agregado de por lo menos dos átomos en una configuración definida, unidos por fuerzas químicas)

slide6

Originalmente, laQuímica Orgánica era una ramade la Química que se ocupaba de estudiar los compuestos químicos obtenidos de organismos vivientes.

Ejemplos: ácidos acético (vinagre), fórmico (hormigas), alcaloides como los que se obtienen del opio (amapolas), petróleo (fósiles), etc.

  • Sin embargo, hoy en día la Química Orgánica es el área de la Química que estudia fundamentalmente los compuestos constituídos por carbono,sin que necesariamente se obtengan de organismos vivos.

Ejemplos: polímeros sintéticos, semiconductores, etc.

slide7
LaBioquímicaestudia los compuestos químicos que son constituyentes de los organismos vivos, la manera en la cual existen, la acción que ejercen, los procesos en los cuales participan, los principios que los controlan.

Ejemplos: aminoácidos, azúcares, proteínas, genes, catálisis enzimático, almacenamiento y liberación de energía, metabolismo, replicación del DNA.

  • Los compuestos químicos forman células, las células tejidos, los tejidos organismos y todos juntos constituyen la vida como la conocemos.
clasificaci n de la materia
Clasificación de la materia

Sustancia pura: materia con composición constante y propiedades únicas. Ej. Agua, azúcar, oro, oxígeno

Mezcla: combinación de dos o más sustancias que mantienen sus identidades individuales, pero que pueden estar en composiciones variables. Ej.: aire, leche, cemento, sangre, piedras.

slide9

Clasificación de la Materia

Materia

Sustancia Pura

Mezcla

Homogénea

Orina, aire, acero

(soluciones)

ElementoCompuesto

Un solo tipo de átomos: hierro, yodo, oxígeno

Varios tipos de átomos: agua, azúcar, hormonas, alcaloides

Heterogénea

Arena, madera, sangre

slide10
No se pueden separar en sustancias más simples por medios químicos. Están constituidos por átomos.

Se conocen 112 elementos, 83 de ellos naturales. Cinco de ellos constituyen el 90% de la corteza terrestre: oxígeno, silicio, aluminio, hierro y calcio.

Cada elemento se representa con un símbolo químico único de una o dos letras (la primera mayúscula, la segunda minúscula:

Ej.: Carbono C, nitrógeno N, titanio Ti, Aluminio Al.

En la tabla periódica se resumen todos los elementos que se conocen.

Elementos

slide11

Elementos principales constituyentes de los organismos vivos

Carbono, Oxígeno, Hidrógeno, Fósforo, Azufre, Nitrógeno

Otros elementos indispensables para la vida

Magnesio, Calcio, Sodio, Potasio, Selenio, Zinc, Hierro, Cobre, Aluminio, Cobalto, Cloro, Yodo, Manganeso

slide12
Constituídos por átomos de dos o más elementos.

Ej.: Agua H2O, amoníaco NH3.

La proporción de los elementos en un compuesto es siempre la misma.

Ley de la Composición Constante (o ley de las Proporciones Definidas):

- La composición de un compuesto puro es siempre la misma, independientemente de su origen.

Compuestos

slide13

Separación de Mezclas

  • Las mezclas se pueden separar por medios físicos:
    • Filtración.
    • Cromatografía.
    • Destilación.
slide14

Estados de la materia

Sólido: átomos o moléculas ordenadas, volumen definido

Gas: desorden total

P, T

Líquido: orden relativo, volumen y forma adaptables

propiedades de la materia
Propiedades de la Materia

Cambios Físicos y Químicos

Propiedades físicas: su medición no modifica la composición de la sustancia.

Ej.: Punto de fusión, de ebullición, color, aroma, densidad.

Cambio Físico:proceso en el cual no cambia la composición de la sustancia, sino sólo su apariencia.

Ej.: Cambios de estado (sólido a líquido).

slide16
Propiedades químicas: su medición cambia la identidad y la proporción de las sustancias.

Ej.: Punto de inflamabilidad, combustión.

Cambio Químico (reacción química): transformación de una sustancia en otra.

Ej.: Reacción de hidrógeno y oxígeno puros para formar agua.

algunas propiedades de la materia y el cambio qu mico
Algunas propiedades de la materia y el cambio químico

Agua Hidrógeno Oxígeno

EstadoLíquido Gas Gas

Pto. Ebullición100ºC -253ºC -183ºC

Densidad 1,00g/mL 0,084g/L 1,33g/L

Inflamable No Sí No

2H2 + O2 2H2O

hidrógenooxígeno agua

slide18

ENERGÍA

Todos loscambios químicos traen asociado un cambio de energía

2H2 + O2 2 H2O + E(reacción exotérmica)

E + 2HgO 2Hg + O2(reacción endotérmica)

La Energía Química radica en las fuerzas con las que los átomos se mantienen juntos (fuerzas de los enlaces). Es un tipo de Energía Potencial

slide19

La Energía química se transforma en otros tipos de energía: eléctrica, luminosa, térmica.

La suma de todas las reacciones químicas que suministran la energía para las actividades basales (control de la temperatura corporal, circulación de la sangre, respirar, metabolizar en período descanso) se llama metabolismo basal.

La rapidez a la cual se consume la energía química se denomina índice del metabolismo basal que se mide cuando la persona está en reposo, sin alimentos luego de 14 horas, despierta y sin haber hecho ejercicios vigorosos

slide21

Teoría atómica de Dalton (1808)

  • Cada elemento está compuesto de partículas muy pequeñas llamadas átomos, idénticos en tamaño, masa y propiedades químicas, y difieren de los átomos de otros elementos.
  • Los compuestos se forman cuando se combinan los átomos de dos o más elementos.
  • En una reacción química los átomos no cambian, ni se crean ni se destruyen, sino que se redistribuyen dando origen a otros compuestos.
slide22

Esta teoría permitió explicar las TRES LEYES BÁSICAS de la Química, también denominadas LEYES PONDERALES:

Ley de Conservación de la Materia (o de Lavoisier):

En una reacción química ordinaria la materia se mantiene constante, ni se crea ni se destruye.

Ley de las Proporciones Definidas (o de Proust):

Un compuesto determinado contiene siempre los mismos elementos en las mismas proporciones de masa.

slide23

Ley de las Proporciones Múltiples (o de Dalton):

La masa de un elemento que se combina con una masa fija de otro está en relación de números enteros sencillos.

Ejemplo:

Monóxido de carbono (CO)  12 g C y 16 g O

Dióxido de carbono (CO2)  12 g C y 32 g O

12 + 16 2x16 12 + 2(16)

CO + ½O2 CO2

28 + 16 = 44 g

Ley de las proporciones múltiples

Ley de la conservación

de la materia

Ley de las proporciones definidas

slide24

Electrón negativo

Carga positiva distribuida por la esfera

Modelos de átomos

Modelo de Thomson

(Budín de pasas)

Los electrones son atraídos hacia los núcleos por las fuerzas que existen de cargas opuestas, y las intensidades de esas fuerzas pueden explicar las diferencias entre las diferencias entre elementos.

slide25

Electrones internos: poca influencia en reacciones químicas

Región extranuclear (electrones)

Núcleo (protones y neutrones)

Electrones de valencia: responsables de las propiedades químicas

Componentes del Átomo

Modelo de Rutherford

Modelo de Bohr

slide26

Núcleo

  • Los átomos son muy pequeños, con diámetros comprendidos entre 1x10-10 m y 5x10-10 m, o 100-500 pm.

1 pm = 10-12 m

  • Una unidad muy extendida para medir dimensiones a escala atómica es el angstrom (Å).

1 Å = 10-10 m

= 10-8 cm

slide27

Número atómico, número másico e isótopos

  • Las propiedades de los átomos están determinadas por las partículas subatómicas: protones, neutrones, electrones (existen más de estas partículas).
  • Número atómico (Z) = número de protones en el núcleo. Determina la identidad de un elemento, i.e., elementos diferentes tienen nº atómicos diferentes.
  • Número másico (A) = número total de protones y neutrones en el núcleo.

En general escribimos:

Nº Másico

Nº Atómico

slide28

Helio: 2 protones, 2 neutrones,

2 e-, masa 4

Hidrógeno: 1 protón,

1 electrón, masa 1

Átomos

neutros

Sodio: 11 protones,

11 neutrones, 11 e-,

masa 22

Litio: 3 protones,

3 neutrones, 3 e-,

masa 6

slide29

Existen átomos de elementos que difieren entre si por su nº másico (mientrasque su nº atómico se mantiene constante). Estos átomos se conocen como ISOTOPOS de un elemento.

  • Ejemplo:
  • Los isótopos de un elemento sólo difieren entre si por el nº de neutrones. Como las propiedades químicas de un elemento dependen de los protones y de los electrones, el comportamiento químico de los isótopos no varía.
slide30

Isótopos del Hidrógeno

Isótopos del Carbono

slide31

Visión moderna del átomo

Orbital: probabilidad de encontrar un electrón en una

zona del espacio alrededor del núcleo

Orbital p

l = 1

Los 3 orbitales p tienen la misma energía, es decir, son “degenerados”

Orbital s

l = 0

Esférico

slide32

y

x

z

Modelos de

átomos

Utilizados actualmente

slide33

Representación de los orbitales

Orbitales d

l = 2

Orbitales f

l = 3

slide34

La colección de orbitales con el mismo valor de n se llamacapa electrónica, y el conjunto de orbitales que tienen los mismos valores de n y l se llamasubcapa.

n valores de l nombre de valores de ml # orbitales # total de

posibles subcapa posibles en subcapa orbitales (nºe)

1 0 1s 0 1 1 (2)

2 0 2s 0 1 1 2p 1, 0, -1 3 4 (8)

3 0 3s 0 1 1 3p 1, 0, -1 3 2 3d 2, 1, 0, -1, -2 5 9(18)

4 0 4s 0 1 1 4p 1, 0, -1 3 2 4d 2, 1, 0, -1, -2 5 3 4f 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3 7 16 (32)

slide35

3s

2s

2px

3px

2py

3py

2pz

3pz

1s

Z = 1 (Hidrógeno)

E

1s1

slide36

3s

2s

2px

3px

2py

3py

2pz

3pz

1s

Z = 5 (Boro)

E

1s22s22p1

slide37

3s

2s

2px

3px

2py

3py

2pz

3pz

1s

Z = 18 (Argón)

E

1s22s22p63s23p6

slide38

Bromo

Hidrógeno

slide41

47

Número atómico

Nombre del elemento

Símbolo del elemento

Plata

Ag

107.87

Masa atómica (peso)

slide42

Diagrama de Bloques

El esquema siguiente, es un diagrama en bloques de la tabla periódica mostrando la forma en que se agrupan los elementos de acuerdo al tipo de orbital que está siendo llenado con electrones.

slide44

Enlace QuímicoEs la fuerza que mantiene unidos a los átomos en las moléculas

  • Los átomos tienden a minimizar su energía formando una configuración de “capa cerrada” como la de los gases nobles.
  • Para ello existen dos posibilidades:
slide45

1. Perder o ganar electrones para formar iones. Las especies iónicas, cationes y aniones, se atraen electrostáticamente para formar compuestos iónicos. Se dice que los compuestos iónicos están unidos por un “enlace iónico”.

2. Compartir los electrones con otros átomos. Los átomos se combinan entre ellos formando moléculas. Los átomos de una molécula están unidos por “enlaces covalentes”.

slide46

¿Cuáles son los electrones que se pierden, ganan o comparten?????

Son los electrones de la última capa de cada átomo. Se conocen como electrones de valencia y son los que participan de los enlaces químicos.

Para distinguirlos, se usan los símbolos de puntos de Lewis, en los cuales cada punto representa un electrón de valencia.

¿Cuántos electrones se pierden, ganan o comparten?????

Regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta que se rodean de 8 electrones de valencia.

slide47

Símbolos de puntos de Lewis

Los elementos de los grupos 1A y 2a tienden a perder e-, mientras que los elementos de los grupos 6A y 7A tienden a ganar e-. Cuando se encuentran átomos de los grupos 1A, 2A, 6A y 7A, forman compuestos iónicos

9.1

slide48

Compuestos iónicos

Es un compuesto que tiene iones cargados positivamente e iones cargados negativamente

Pierde 1 e-

Gana 1 e-

slide49

Na· Na+ + e-

Sodio ión sodio (catión)

Cl (7e-) + e- Cl- (8e-)

cloro ión cloro (anión)

·Ca· Ca+2 + 2e-

calcio ión calcio (catión)

O (6e-) + 2e- O-2 (8e-)

oxígeno ión oxígeno (anión)

slide50

-

-

-

-

+

Li+

Li

Li

Li+ + e-

e- +

Li+

Li+ +

F

F

F

F

F

F

Cristales

El enlace iónico

1s22s1

1s2

1s22s22p6

1s22s22p5

[He]

[Ne]

Estructuras de Lewis

9.2

slide51

Moléculas o Compuestos Moleculares

Molécula – un ágregado de 2 o más átomos en una configuración definida, unidos por fuerzas químicas de tipo covalente.

slide52

+

8e-

8e-

7e-

7e-

F

F

F

F

F

F

F

F

lonepairs

lonepairs

Enlace covalente simple

Enlace covalente simple

lonepairs

lonepairs

Un enlace covalente es aquel en el cual dos o más átomos comparten sus electrones de valencia

Estructura deLewis del F2

Lone pair: par electrónico no enlazante

9.4

slide53

Enlace covalente simple

H

H

H

H

or

H

H

O

2e-

2e-

O

8e-

O

C

O

C

O

O

Enlaces dobles

8e-

8e-

8e-

Enlaces dobles

O

N

N

Enlace triple

N

N

Enlace triple

8e-

8e-

Estructura de Lewis del agua

+

+

Enlace doble: dos átomos comparten 2 pares de electrones

o

Enlace triple – dos átomos comparten 3pares de electrones

o

9.4

slide54

Hibridación

C (1s22s22p2)

sp3

Tetrahedro

slide55

C (1s22s22p2)

120º

sp2

Trigonal plana

slide56

C (1s22s22p2)

180º

HC C H

Lineal

sp

slide57

Enlace covalente coordinado

H+

+

Ión amonio

(ión molecular o poliatómico)

slide58

Estructuras de Lewis de moléculas

Agua

Amoníaco

Tetracloruro de carbono

Acido acético

slide60

Polaridad de las moléculas

Electronegatividad :es la capacidad de un átomo de atraer un par de electrones de un enlace.

Disminuye la electronegatividad

Disminuye la electronegatividad

slide61

F

H

F

H

Unenlace covalente polar o enlace polares un enlace covalente con unadensidad de electrones mayoralrededor de uno de los átomos.

Región rica en

elctrones

Región pobre en

electrones

Pobre en e-

Rica en e-

d+

d-

9.5

slide62

Aumento de la diferencia de electronegatividad

Covalente

Covalente polar

Iónico

Transferencia parcialde e-

comparte e-

transfiere e-

Clasificación de los enlaces según la diferencia de electronegatividad de los átomos

Diferencia

Tipo de enlace

0

Covalente (puro)

 2

Iónico

0 < y <2

Covalente polar

9.5

slide63

Ejercicio:

Clasifique los siguientes enlaces según su polaridad:

CsCl, H2S, N2, H20

Cs – 0.7

Cl – 3.0

3.0 – 0.7 = 2.3

Iónico

H – 2.1

S – 2.5

2.5 – 2.1 = 0.4

Covalente polar

N – 3.0

N – 3.0

3.0 – 3.0 = 0

Covalente

3.5 – 2.1 = 1,4

Covalente polar

H – 2.1

O – 3.5

Cuando la diferencia de electronegatividad de los enlaces es superior a 0.5 se comienza a hablar de “enlaces polares”

9.5

slide65

¿Qué es lo que hace que, a la misma temperatura, algunas sustancias sean sólidas, líquidas o gaseosas?Las moléculas se “atraen” unas con otras, con diferentes fuerzas, dependiendo de su naturaleza polar.Esta atracción responde a interacciones intermoleculares, entre las que se cuentan:

  • Ión-ión
  • Ión-dipolo
  • Dipolo-dipolo
  • Dipolo-dipolo inducido
  • Dipolo inducido-dipolo inducido

(o de dispersión de London)

Fuerza de la interacción

Fuerzas de Van der Waals

interacciones i n i n
Interacciones ión -ión

Sal iónica

NaCl

Sales moleculares

NH4+

NH4+

Cl -

NH4+

Cloruro de amonio

Fosfato de amonio

slide67

F

Momento dipolar

El enlace polar se genera entre átomos de electronegatividades distintas

Dos cargas eléctricas de signo opuesto separadas por una distancia generan un dipolo

El tamaño del dipolo se mide por el momento dipolar





slide68

Q

Q

F

r

Matemáticamente, el momento dipolar () se expresa como:Qr

Unidad: Debye = 3.34 x 1030 coulomb x metros





MDHF = 1.82 D

Ejemplo:

interacci n i n dipolo
Interacción ión-dipolo

MD

-

+

-

+

-

+

Cl-

+

Dipolo

-

+

-

interacci n dipolo dipolo
Interacción dipolo-dipolo

-

+

-

+

-

+

-

+

-

-

+

+

La fuerza de esta interacción depende de la magnitud de los dipolos. Mientras mayor es el MD de la molécula, mayor es la fuerza de la interacción

dipolo dipolo inducido interacci n relativamente d bil
Dipolo-dipolo inducido(interacción relativamente débil)

+

-

Dipolo

Molécula apolar

d-

d-

d+

d+

+

-

Los dipolos “polarizan” las moléculas apolares

d-

d+

dipolo inducido dipolo inducido
Dipolo inducido-dipolo inducido

d+

d-

d+

d-

d-

d-

d+

d-

d+

Interacción débil, que se hace más importante en moléculas apolares grandes

d+

Por brevísimos momentos los electrones de una de las moléculas se concentran en una zona de ésta de manera que la molécula apolar forma un dipolo instantáneo, que induce la polarización de moléculas cercanas

slide73

Puente de Hidrógeno

El enlace de hidrógeno, o puente de hidrógeno, es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo, y ocurre cuando interactúan los hidrógenos de moléculas polares con los átomos electronegativos de éstas

d-

d+

d-

N ////// H ////// O C