Title: Unidad 4
Course: Química Plus + 1 BGU

Compuestos binarios: óxidos

"El verbo ‘oxidar’ no es un término nuevo para el lenguaje cotidiano, lo utilizamos cuando observamos la corrosión o herrumbre que presenta un metal, o en la oxidación de una fruta"

En esta unidad descubriremos que el oxígeno es un elemento que interactúa constantemente en la naturaleza, no solo sustenta la vida en la biósfera, sino que es el generador de un sinnúmero de compuestos químicos, por lo que controlar su actividad química ha sido un gran reto para el ser humano.

“Y algo tenía que pagar la especie humana por el atrevimiento de ponerse en contra del proceso espontáneo de la degradación metálica imposible de detener en una biósfera que contiene tanto oxígeno, agua y sales” (Ávila, 1996).

   Objetivos

1. O.CN.Q.5.5. Identificar los elementos químicos y sus compuestos principales desde la perspectiva de su importancia económica, industrial, medioambiental y en la vida diaria.
2. O.CN.Q.5.8. Obtener por síntesis diferentes compuestos inorgánicos u orgánicos que requieren procedimientos experimentales básicos y específicos, actuando con ética y responsabilidad.
3. O.CN.Q.5.11. Evaluar, interpretar y sintetizar datos e información sobre las propiedades físicas y las características estructurales de los compuestos químicos para construir nuestra identidad y cultura de investigación científica.

 La Química y las profesiones

El ingeniero de minas

El ingeniero en minas es un profesional que se dedica a la explotación de los recursos minerales, con una visión ética, económica y ecológica y sin olvidar el bienestar de las comunidades aledañas a las minas.

Un ingeniero en minas investiga y aplica técnicas que hacen de la minería una actividad dedicada al aprovechamiento responsable de la riqueza mineral de un lugar, sea que la explotación del recurso se realice en la superficie o en minas subterráneas.

Además, dirige, diseña y ejecuta proyectos de índole metalúrgica en donde debe integrar varios campos: diseño estructural, técnico-científico, ambiental, económico, cultural y social.

Las universidades que ofertan esta carrera en el Ecuador son: Escuela Superior Politécnica de Litoral, Universidad del Azuay, Universidad Estatal Península de Santa Elena, Universidad Central del Ecuador.

En el siguiente enlace podrás encontrar mayor información sobre la carrera de Ingeniería en minas:

www.uce.edu.ec/web/ingenieria-en-geologia-minas-petroleo-y-ambiental

Valores de valencia y número de oxidación

● Valores de valencia y número de oxidación

Saberes previos

Antes se confundía valencia con número de oxidación. ¿Cómo explicarías la diferencia entre ambos conceptos a alguien que piensa que son iguales?

Desequilibrio cognitivo

Dar, recibir o compartir electrones, ¿en qué medida se aplica esto cuando los átomos se enlazan?

TIC

En el siguiente enlace encontrarás una calculadora online para determinar el número de oxidación de los elementos químicos.

www.mayedu.ec/quim1/p96

La palabra valencia significa poder, precio, valor. El químico inglés Edward Frankland (1825-1899) fue el primero en usar esta palabra para indicar los enlaces que hacían los metales con agrupaciones orgánicas.  “… cada átomo tiene un poder de combinación fijo” (Asimov, 1999).

La valencia de un átomo depende del número de electrones que contenga en su último nivel de energía o capa de valencia, a estos electrones se los conoce como electrones de valencia.

Recuerda que al formarse un enlace químico los electrones pueden ser cedidos, recibidos o compartidos. En función de esto, existen elementos que pueden tener más de una valencia, generalmente con enlaces covalentes coordinados o dativos.

Estado de oxidación o número de oxidación

Cuando se forman los pares de electrones en los enlaces químicos, al elemento más electronegativo se le asignará un estado de oxidación negativo (-), y al elemento que tiene menos electronegatividad en el enlace se le asignará estado de oxidación positivo (+). Toma en cuenta:

- El flúor siempre será negativo (-), debido a que es el elemento más electronegativo de la tabla periódica.
- Los metales siempre serán positivos (+), porque tienen sus electrones deslocalizados.
- Los elementos no combinados (no enlazados con otros elementos) tienen estado de oxidación 0 (cero).

Los estados de oxidación se representan con un número acompañado por un signo. Por ejemplo en el cloruro de sodio (NaCl):

El cloro y sodio tienen estado de oxidación diferente (1-) y (1+) respectivamente, pero la misma valencia (1).

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

¿Cuál es la valencia y el número de oxidación del carbono y del oxígeno en el dióxido de carbono CO_2?:

Enlaces de C: 4
Valencia del C:4
Enlaces O: 2
Valencia del O: 2
Electronegatividad: O > C
Número oxidación C: 4^+
Número oxidación O: 2^–

Ejercicio propuesto

¿Cuál es la valencia y el número de oxidación del nitrógeno y del hidrógeno en el amoniaco NH_3?

Diferencia entre número de valencia y número de oxidación

En ocasiones hay confusión entre la valencia y el número de oxidación.

Diferencias

Valencia | Número de oxidación
Es un número entero absoluto IZl | Es un número entero (Z), pero tiene signo
Está en un intervalo de [0,7] | Está en un intervalo de [7^-, 7^+]
Número de enlaces | Carga eléctrica
No toma en cuenta la electronegatividad | Se toma en cuenta la electronegatividad

Para cuestiones de notación y nomenclatura química, la IUPAC recomienda el uso del número de oxidación y no el de valencia.

"El número de oxidación (...) de un elemento está indicado por un número romano colocado entre paréntesis inmediatamente a continuación del nombre (...) del elemento al que se refiere" (IUPAC, 2005).

Número de oxidación de iones metálicos monoatómicos

No. oxidación 1+ | No. oxidación 2+ | No. oxidación 3+ | No. oxidación 4+ | No. oxidación 6+
H^1+ = Hidrógeno
Li^1+ = Litio
Na^1+ = Sodio
K^1+ = Potasio
Ag^1+ = Plata
Rb^1+ = Rubidio
Cs^1+ = Cesio
Fr^1+ = Francio
NH_4^1^+ = Amonio
Ca^2+ = Calcio
Sr^2+ = Estroncio
Ba^2+ = Bario
Ra^2+ = Radio
Zn^2+ = Zinc
Be^2+ = Berilio
Mg^2+ = Magnesio
Cd^2+ = Cadmio
Al^3+ = Aluminio
Bi^3+ = Bismuto
In^3+ = Indio
Er^3+ = Erbio
Sc^3+ = Escandio
Eu^3+ = Europio
Ga^3+ = Galio
Gd^3+ = Gadolinio
Ho^3+ = Holmio
Zr^4+ = Zirconio
Hf^4+ = Hafnio
Ir^4+ = Iridio
Os^4+ = Osmio
Pd^4+ = Paladio
Pt^4+ = Platino
Re^4+ = Renio
Ti^4+ = Titanio
Th^4+ = Torio
Mo^6+ = Molibdeno
W^6+ = Wolframio
U^6+ = Uranio

Iones metálicos monoatómicos con varios números de oxidación

La IUPAC recomienda dejar de usar los sufijos oso e ico de la nomenclatura tradicional.

No. oxidación 1+, 2+ | No. oxidación 1+, 3+ | No. oxidación 2+, 3+ | No. oxidación 2+, 4+ | No. oxidación 3+, 4+ | No. oxidación 3+, 5+
Cu^1+ Cobre (I)
Cu^2+ Cobre (II)
Hg^1+ Mercurio (I)
Hg^2+ mercurio (II)
Au^1+ Oro (I)
Au^3+ Oro (III)
Tl^1+ Talio (I)
Tl^3+ Talio (III)
Mn^2+ Manganeso (II)
Mn^3+ ​ Manganeso (III)
Cr^2+ Cromo (II)
Cr^3+ Cromo (III)
Fe^2+ Hierro (II)
Fe^+3 Hierro (III)
Co^2+ Cobalto (II)
Co^3+ Cobalto (III)
Ni^2+ Níquel (II)
Ni^3+ Níquel (III)
Sn^2+ Estaño (II)
Sn^4+ Estaño (IV)
Pb^2+ Plomo (II)
Pb^4+ Plomo (IV)
Pr^3+ Praseodimio (III)
Pr ^4+ ​Praseodimio (IV)
Ce ^3+ Cerio (III)
Ce ^4+ Cerio (IV)
V^3+ Vanadio (III)
V^5+ Vanadio (V)
Ta^3+ Tantalio (III)
Ta^5+ Tantalio (V)

Notación química y formulación

● Notación química y formulación

Cuando se nota una fórmula en función de su composición química, los subíndices numéricos representan la cantidad de átomos que están presentes en la molécula.

La notación o formulación química nos marca las normas correctas para escribir las fórmulas y símbolo químicos.

La composición de una sustancia inorgánica se nota siguiendo el principio de electronegatividad, es decir, un orden creciente de electronegatividad: metales a la izquierda y no metales a la derecha.

Los grupos agregados como el grupo hidróxido (OH^-) se escriben junto al átomo enlazado. Con este principio veremos que el oxígeno se consigna al final de casi todas las fórmulas, excepto cuando está el flúor.

Ejemplo de la disposición de los elementos en los compuestos:

Compuesto | M+ | H | OH^- | No^- M+ | O
Óxido de bario BaO
Hidróxido de magnesio Mg (OH)_2
Ácido sulfúrico H_2SO_4
Bicarbonato de sodio NaHCO_3
Ba
Mg

Na
H_2
H
(OH)_2

​
S
​C
O

O _4
​O _3

Sistemas de nomenclatura

En la química existen varios sistemas de nomenclatura que nos indican las reglas para nombrar a las diferentes sustancias que existen en el universo. Entre las más utilizadas están:

1. Nomenclatura tradicional. Hace uso de prefijos y sufijos que indican el número de oxidación con que actúa un elemento cuando forma un compuesto. Su uso se ha ido perdiendo en los compuestos binarios, pero aún se emplea mucho en los compuestos ternarios y cuaternarios, y también en la industria y el comercio de sustancias químicas.
2. Nomenclatura IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ha buscado la manera de sistematizar y hacer más sencilla la nomenclatura de los compuestos. La IUPAC propone la nomenclatura sistemática o estequiométrica y la nomenclatura stock.

    - Nomenclatura sistemática o estequiométrica: usa prefijos para indicar la composición, es decir, el número de átomos de cada elemento que forma parte del compuesto, y además utiliza menos sufijos que la nomenclatura tradicional.
    - Nomenclatura stock: utiliza los sufijos de la nomenclatura sistemática pero no los prefijos, en cambio hace uso de los números romanos para señalar los estados de oxidación de los elementos. ​

La IUPAC recomienda dejar de usar sufijos para estados de oxidación bajos, y no mezclar los diferentes sistemas de nomenclatura.

Compuestos químicos: óxidos básicos

● Compuestos químicos: óxidos básicos

Saberes previos

¿En qué objetos o lugares de tu entorno inmediato puedes identificar óxidos?

Desequilibrio cognitivo

El oxígeno atmosférico reacciona con los metales para dar óxidos. ¿Qué evita que una olla de aluminio no se oxide completamente?

Ejercicio resuelto y propuesto

Escribe la fórmula molecular, estructura de Lewis y fórmula estructural de los óxidos que se forman con: a) el ion plomo (4+) , b) el ion estroncio Sr^2+.

a) Fórmula molecular
Principio de
electronegatividad:
Pb ^4+ O^2-
Establecer subíndices intercambiando estados de oxidación y simplificar: Pb_2O_4^
Fórmula molecular: PbO_2
Estructura de Lewis
Fórmula estructural

b) Fórmula molecular
Estructura de Lewis
Fórmula estructural

Composición química

Los óxidos básicos son compuestos binarios que están constituidos por la combinación de un metal y el oxígeno con su ion O^2-.

Formulación de óxidos básicos

Todos los compuestos químicos pueden representarse con tres diferentes fórmulas.

Fórmula mínima. Es la forma más simple de expresar la composición de un compuesto. "Se forma por la yuxtaposición de los símbolos atómicos con un subíndice de un entero (Z) apropiado" (IUPAC, 2005).

Fórmula molecular. Se utiliza para indicar la composición real de las moléculas. En la gran mayoría de compuestos inorgánicos, la fórmula molecular es también la fórmula mínima, no siendo así en los compuestos orgánicos.

Fórmula estructural. Proporciona información parcial o completa acerca de la forma en que los átomos en una molécula están conectados y dispuestos en el espacio (IUPAC, 2005).

Fórmula molecular y mínima de los óxidos básicos

Siguiendo el principio de electronegatividad se debe escribir primero el metal y luego el oxígeno.

M_a^+O_b

El subíndice del metal será el valor del número de oxidación del ion óxido (2-), y el subíndice del oxígeno corresponderá al número de oxidación del M^+, en ninguno de los casos se colocará el signo de la carga. Para lograr la mínima expresión de la composición, los subíndices se simplificarán cuando sea necesario.

Estructura de Lewis y fórmula estructural de los óxidos básicos

En los óxidos básicos, el oxígeno siempre tendrá dos enlaces y los metales tendrán enlaces de acuerdo al estado de oxidación con que se hayan combinado. Cada enlace se representará con un guion (-)

Nomenclatura de los óxidos básicos

● Nomenclatura de los óxidos básicos

Humor

Laboratorio casero

Busca un utensilio de cocina que ya no se use y cuya composición química sea de aluminio (ollas, cucharones, tapas). Lija una de sus partes hasta que aparezca el brillo metálico del aluminio. Déjalo en un lugar seguro, únicamente en contacto con el aire. Verifica el tiempo que se demora en perder el brillo (horas, días, semanas), debido a la formación del óxido de aluminio.

Comenta con tu maestro y compañeros este suceso.

La IUPAC recomienda dos formas para nombrar a los óxidos básicos.

Nomenclatura sistemática. Indica cuál es la composición del óxido indicando el número de átomos de cada elemento que conforma la molécula.

- Utiliza los prefijos mono-, di-, tri-, tetra-, penta y otros.
- Se nombra primero el ion 'óxido' porque es el más electronegativo y es el que da la característica a la función química. Siempre debe acompañarlo un prefijo.
- Se antepone la palabra 'de' al nombre del ion metálico.
- Se nombra el ion metálico, este puede prescindir de los prefijos.

Por ejemplo:
Co_2O_3 trióxido de dicobalto o trióxido de cobalto
Na_2O monóxido de disodio, o monóxido de sodio

Nomenclatura de Stock

- Se nombra el ion 'óxido', seguido de la palabra 'de'.
- Se nombra el ion metálico acompañado del número de oxidación entre paréntesis y en números romanos, si y solo si, pueda existir ambigüedad en el número de oxidación que está usando el metal.

Por ejemplo:
Co_2O_3, óxido de cobalto (III), el cobalto presenta iones Co^2+ y Co^3+, es necesario especificar el estado de oxidación del ion cobalto.
CaO, óxido de calcio. No existe ambigüedad, el calcio solo puede formar el ion Ca^2+.

Nomenclatura tradicional. Es una nomenclatura no recomendada por la IUPAC.

- Nombre genérico: óxido.
- Nombre específico: el nombre del metal con el sufijo ico.
- Propone el sufijo oso para el número de oxidación menor, si el metal presenta varios números de oxidación.

Ejercicio resuelto y propuesto

Establece la nomenclatura de los siguientes compuestos:

Compuesto | Nomenclatura
Sistemática | Stock | Tradicional
Hg_2O

Ni_2O_3

Na_2O

V_2O_5
Monóxido de dimercurio

Trióxido de diniquel
Óxido de mercurio(I)

Óxido de níquel(III)
Óxido mercurioso

Óxido niquélico

Formación de los óxidos básicos

● Formación de los óxidos básicos

Muchos de los óxidos básicos se forman en la naturaleza por la interacción directa entre el oxígeno atmosférico y los metales. Es muy frecuente que el óxido básico se forme de una reacción de combinación, más que de una reacción de descomposición.

La reacción de combinación es en general exotérmica y facilita su proceso. Las reacciones de descomposición son endotérmicas. Ejemplos:

Reacción de combinación: 2Cu + O_2 → 2CuO - ∆H

Reacción de descomposición: Cu(OH)_2 → CuO + H_2O + ∆H

Existen pocos metales resistentes a la oxidación, entre ellos están los metales preciosos, oro (Au), plata (Ag), platino (Pt).

En cambio, metales como el magnesio reaccionan violentamente con el oxígeno produciendo una luz intensa.

▲ El magnesio arde con el oxígeno del aire  con un brillo enceguecedor.

▲ Los óxidos básicos de metales de transición se utilizan en la fabricación de cosméticos.

Interdisciplinariedad

Química e historia

A Ibarra se le denomina la “ciudad blanca” debido a que antiguamente las fachadas de las casas se pintaban con cal (CaO). En algunas leyendas tradicionales se dice que esto sucedió por salubridad, al haber sido atacada por la peste bubónica el siglo XIX.

Visita una ferretería y pregúntale al vendedor ¿cómo se prepara la pintura usando cal?

Propiedades de los óxidos básicos

Los óxidos básicos son sustancias sólidas pulverulentas. Se los encuentra en toda la naturaleza, formando parte de rocas y sedimentos. También los encontramos en las ciudades, puertos y varias edificaciones hechas por el ser humano.

Muchos óxidos son extraídos de minas para obtener de ellos el metal, por ejemplo, del óxido férrico se obtiene el hierro.

Los óxidos de los metales de elementos representativos son de color blanco, a diferencia de los óxidos de los elementos de transición, que pueden presentar varios colores, inclusive los óxidos de un mismo metal varían de color por su otro estado de oxidación. Por este motivo se los utiliza como pigmentos. Por ejemplo:

Los óxidos básicos son compuestos que necesitan temperaturas muy altas para llegar a fundirse. Su denominación se debe a que químicamente reaccionan con el agua para formar los hidróxidos o bases.

Na_2O + H_2O → 2Na(OH) hidróxido de sodio

MgO + H_2O → Mg(OH)_2 hidróxido de magnesio

Su utilidad es muy variada: desde espejos, cosméticos, material de computación hasta acumuladores de energía.

Las reacciones químicas y sus ecuaciones

● Las reacciones químicas y sus ecuaciones

Saberes previos

Si tienes dos monedas de 50 centavos, ¿cuántas monedas de 25 y de 10 centavos necesitas para tener el mismo valor?

a(50)= b(25) +c(10)

Prueba con tus compañeros tu agilidad mental encontrando los valores de a, b, y c.

Desequilibrio cognitivo

¿Qué pasaría con las sustancias si la Ley de Lavoisier de la conservación de la materia no se cumpliera en una reacción química?

Humor

- Me gritó: "sal de mi vida".
- Yo le respondí: " pimienta de mi corazón".
- No sé por qué se enojó.

Interdisciplinariedad

Química y Matemáticas

“Una ecuación es un enunciado que afirma que dos expresiones algebraicas son iguales” (Rees, 1997).

 En química lo correcto es decir ‘balancear la ecuación’ y no ‘igualar la ecuación’, porque estaríamos cayendo en una redundancia ya que una ecuación es una igualdad.

Balanceo de ecuaciones químicas

Una reacción química es un sistema, en donde la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos y solo puede entrar o salir energía; por lo tanto, toda ecuación química debe estar balanceada para cumplir con la Ley de Lavoisier; es decir, el número de átomos de cada elemento que interviene en una ecuación química debe ser igual tanto en los reactivos como en los productos, únicamente se modificarán reagrupándose en una nueva fórmula.

En cualquiera de los métodos, para balancear una ecuación se deben tomar en cuenta las siguientes sugerencias:

1. Escribir correctamente la fórmula de las sustancias.
2. Diferenciar los reactivos de los productos.
3. Añadir únicamente coeficientes, nunca subíndices, porque alteran la fórmula real del compuesto.
4. Recordar que coeficientes y subíndices son factores, es decir, se deben multiplicar.
5. El valor de un coeficiente o subíndice cuando un símbolo no lleva escrito nada, es uno (1).
6. El signo (+) que separa cada fórmula indica que se debe sumar.
7. La flecha que separa los productos de los reactivos (→), se asume como el signo igual (=).
8. El subíndice de un paréntesis multiplica a todo el contenido del paréntesis y también al coeficiente.

Ejemplo:

Plomo | Cloro | Oxígeno
5x1 5 átomos de plomo | 5x1x2 10 átomos de cloro | 5x4x2 40 átomos de oxígeno

Métodos de balanceo de ecuaciones químicas

En química existen varios métodos para balancear una ecuación química, esto deriva de su concepto matemático, ya que existen muchas formas para dar solución a una ecuación. Dentro de los métodos más utilizados están:

Métodos para balancear una ecuación química
Ensayo - error | Algebraico | Óxido-reducción | Ion - electrón

Balanceo de ecuaciones químicas por ensayo-error

● Balanceo de ecuaciones químicas por ensayo-error

Estrategia para resolver problemas

Si no estás progresando en el balanceo de una ecuación química, no vaciles en volver al principio y revisar nuevamente los pasos.

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

Balancea por ensayo-error las ecuaciones de combinación:

Ejercicio propuesto

Balancea por ensayo-error las siguientes ecuaciones de descomposición:

█ Bi_2O_5 → █ Bi + █ O_2
█ CuO → █ Cu + █ O_2

Para balancear una ecuación de síntesis o descomposición de óxidos básicos, generalmente se emplea el método de ensayo error.

Método ensayo-error

Este método sirve para balancear ecuaciones sencillas, como las que representan una reacción de combinación, descomposición o desplazamiento.

A pesar de que se puede seguir cualquier orden, es mejor empezar poniendo coeficientes a las moléculas que contienen metales, luego a las que contienen no metales, se continúa con el conteo de los átomos de oxígeno, y se deja para el último al hidrógeno, pues este elemento servirá como un verificador de que realizamos de forma correcta el balanceo.

M^+ ⇒ No^- M^+ ⇒ O ⇒ H

Ecuaciones de síntesis de óxidos básicos y su balanceo

La síntesis para la obtención de un óxido básico se realiza a partir de sus constituyentes elementales.

M^+ + O_2 → M^+O

Ejemplo: Síntesis del óxido de sodio Na2O

Este método se llama ensayo-error por los ajustes y correcciones que se hacen en el proceso.

Ecuaciones de descomposición de óxidos básicos

En las reacciones de descomposición, partimos de la molécula del óxido básico y la separamos en sus componentes. Para balancearla por ensayo-error, se procede de una manera similar, empezando por el metal y luego el oxígeno.

Ej: CaO →  Ca + O_2                     2CaO → 2Ca + O_2

Corrosión por oxidación de los metales

● Corrosión por oxidación de los metales

Interdisciplinariedad

Química y Arquitectura

La corrosión u oxidación afecta al acero de la construcción, lo cual pone en riesgo a las edificaciones que, con el paso de los años, pueden venirse abajo. Por eso, los arquitectos tienen soluciones como el uso de PVC y teflón en las tuberías, de aceites para proteger maquinaria, de asfaltos para proteger ductos, de hormigón y pinturas anticorrosivas para proteger columnas.

La corrosión es uno de los procesos químicos más conocidos por el ser humano, se la asocia generalmente a la herrumbre del hierro. La identificamos sobre todo cuando observamos un objeto metálico que se va deshaciendo por aparición de un polvo de color y contextura diferente al metal. La corrosión de los metales es espontánea y da como resultado el óxido del metal. Depende de la humedad, la temperatura del ambiente, la salinidad, de las propiedades de cada metal (es decir, de su reactividad química). Algunos metales son más resistentes a la corrosión como los metales preciosos; y otros son menos resistentes, como el magnesio.

La corrosión más frecuente que sufren los metales es producida por el oxígeno atmosférico y por la acción del agua.

El ser humano ha aprendido a luchar contra este fenómeno natural, para salvaguardar de la corrosión a los metales que componen los materiales que utiliza en su cotidianidad, aunque ha sido una lucha donde la naturaleza siempre ha ganado.

Entre los aciertos que han disminuido la corrosión metálica está la invención de las aleaciones y las amalgamas como el bronce y el acero inoxidable, pero aun así la corrosión causa pérdidas en grandes cantidades de materiales como tuberías, monumentos, estructuras de edificios, escapes de auto, utensilios.

"Para tener una pequeña idea de lo que esto significa, se sabe que aproximadamente un 25 % de la producción anual de acero es destruida por la corrosión (...). Pero por otro lado, un proceso esencialmente corrosivo se utiliza diariamente para producir energía eléctrica, se trata de la pila seca" (Ávila, 1996).

Uno de los triunfos en contra de la corrosión ha sido la invención del acero inoxidable, una aleación capaz de resistir todos los embates climáticos.

Compuestos químicos: peróxidos

● Compuestos químicos: peróxidos

Saberes previos

Uno de los antisépticos más usados en nuestro medio es el agua oxigenada. ¿Qué propiedades tiene esta sustancia?

Desequilibrio cognitivo

¿Sabes si el agua oxigenada se puede tomar como bebida? ¿Por qué?

TIC

 En el siguiente URL encontrarás un aula interactiva que te va a permitir ver la fórmula y el nombre de varios peróxidos.

www.mayedu.ec/quim1/p108

Composición de los peróxidos

Los peróxidos son compuestos formados por el ion peróxido O2^2- y el ion metálico (M^+) de las familias I y II preferentemente; aunque se pueden formar peróxidos de otros metales e inclusive de compuestos orgánicos.

El ion peróxido

Como se muestra en la gráfica, el ion peróxido O2^2- es un radical conformado por dos átomos de oxígeno unidos por un enlace covalente simple.

Cada átomo contiene un electrón no apareado y un electrón compartido con su homólogo; en conjunto poseen dos electrones no apareados, lo cual hace que el ion presente carga (2-).

Formulación de peróxidos

La fórmula de un peróxido se escribe siguiendo el criterio de electronegatividad, primero el metal y luego el ion dióxido (2-).

M^+( O_2^2-)

Estructura de Lewis y fórmula estructural

Estructura de Lewis | Fórmula estructural | En la fórmula estructural se grafica el enlace entre los dos oxígenos del ion peróxido y los dos enlaces que lo unen al metal.
Peróxido de hidrógeno |
Peróxido de calcio |

Fórmula molecular. Se establece escribiendo los dos iones e intercambiando su número de oxidación. Se deben simplificar estos dos valores si es posible, pero de ninguna manera se debe simplificar el subíndice del ion dióxido(2-)

Li^1+ ( O_2)^2- ⇒ Li_2( O_2)_1 ⇒ sin paréntesis Li_2O_2
Ba ^2+^ + (O_2)^2- ⇒ Ba_2(O_2)_2 ⇒ simplificando Ba(O_2) ⇒ sin paréntesis BaO_2

Humor

Fórmula mínima de los peróxidos

Se obtiene simplificando los subíndices. En el caso de los alcalinotérreos, la fórmula mínima y molecular es la misma no siendo así en los alcalinos, cuya fórmula molecular y mínima son diferentes.

Li_2O_2 ⇒ LiO fórmula mínima

BaO_2 ⇒ BaO_2 fórmula mínima

Nomenclatura sistemática o estequiométrica de los peróxidos

Para nombrar estos compuestos se nombra primero el ion dióxido (2-) porque da el nombre a la función química, y luego el ion metálico M^+.

Ejemplo:
BaO_2 dióxido de bario
Li _2O_2 dióxido de litio

Interdisciplinariedad

Chemistry and English

Read the following paragraphs taken from "THE RED BOOK OF IUPAC", then, comment with your friends about the translation.

Fuente: https://old.iupac.org/publications/books/rbook/Red_Book_2005.pdf, pág. 80

Nomenclatura tradicional

La nomenclatura tradicional de estos compuestos nos ofrece mayor facilidad de aprendizaje y además es la más utilizada en la industria.

Se nombra la palabra peróxido, seguido del nombre del metal.

Ejemplo:
Peróxido de bario BaO_2
Peróxido de litio Li_2O_2

En ocasiones el nombre de la composición o nombre estequiométrico y las fórmulas de los peróxidos suelen confundirse con los óxidos, esto se debe a que no se ha realizado una adecuada identificación del estado de oxidación de los iones. Recuerda que el subíndice del ion peróxido no debe ser simplificado. Y el nombre de estos compuestos inicia con dióxido o peróxido.

Peróxidos de alcalinos | Peróxidos de alcalinotérreos
H_2 O_2 peróxido de hidrógeno
Li_2 O_2 peróxido de litio
Na_2 O_2 peróxido de sodio
K_2 O_2 peróxido de potasio
Rb_2 O_2 peróxido de rubidio
Cs_2 O_2 peróxido de cesio
Fr_2 O_2 peróxido de francio
BeO_2 peróxido de berilio
MgO_2 peróxido de magnesio
CaO_2 peróxido de calcio
BaO_2 peróxido de bario
RaO_2 peróxido de radio
SrO_2 peróxido de estroncio

De todos los peróxidos, el más conocido es el peróxido de hidrógeno, su nombre comercial es agua oxigenada y se lo utiliza principalmente como antiséptico y un fuerte oxidante.

Síntesis de peróxidos

● Síntesis de peróxidos

▲ Partes que conforman la naftohidroquinona

Ejes transversales

Derechos del consumidor

Dentro de las normativas establecidas para cumplir con el derecho a la alimentación existe la obligatoriedad de mostrar las fechas de caducidad en los alimentos, esto tiene como finalidad evitar su consumo luego de un tiempo prudencial, debido a la formación de compuestos tóxicos como los peróxidos, propios de reacciones de descomposición.

Busca en los alimentos que consumes, la fecha de caducidad.

Síntesis de peróxidos

Para la obtención de peróxidos se usa como base el peróxido de hidrógeno y en técnicas más modernas se utiliza una molécula orgánica llamada naftohidroquinona, que sufre una auto-oxidación.

La ecuación de obtención de un peróxido sirve únicamente como referencia didáctica, puesto que la síntesis real de estos compuestos en mucho más compleja.

Ejemplo didáctico de la obtención de un peróxido a partir de un óxido básico:

2CaO + O_2 → 2CaO_2

Reacciones de descomposición de los peróxidos

Una de las facultades de los peróxidos es ser un oxidante, es decir, oxidan con facilidad a las sustancias con las cuales se ponen en contacto. Un producto de esta reacción es el oxígeno, por ejemplo, cuando se coloca un poco de agua oxigenada sobre una herida, se forman burbujas de gas oxígeno O2.

2H_2O_2 → 2H_2O_(l) + ↑O_2

Por las propiedades químicas que presentan peróxidos, se los utiliza de diversas formas: en la fabricación de tintes de cabello como decolorante; en aeronáutica como combustibles de cohetes; en la medicina como antisépticos y desinfectantes; en la industria textil, en la fabricación de telas de poliéster. En la industria alimentaria es un medidor: la presencia de peróxidos muestra la descomposición de los alimentos que dan a los mismos un sabor rancio.

▲ El peróxido de hidrógeno se utiliza en el tratamiento para blanquear las piezas dentales.

Ficha técnica del agua oxigenada de una distribuidora farmacéutica.

Compuestos químicos: óxidos salinos

● Compuestos químicos: óxidos salinos

Saberes previos

Las pilas que hacen funcionar aparatos eléctrícos pequeños, poseen un tipo de compuesto salino, ¿cuál puede ser?

Desequilibrio cognitivo

¿Qué característica del oxígeno hace posible que un metal pueda presentarse en una molécula con sus dos estados de oxidación diferentes?

Composición de los óxidos salinos

Los óxidos salinos están conformados por oxígeno en su ion óxido (2-) y dos iones metálicos. En la molécula de un óxido salino encontramos al metal con sus dos estados de oxidación.

- Iones metálicos (2+) y (3+) ⇒​ Fe, Ni, Mn, Cr, Co
- Iones metálicos (2+) y (4+) ⇒ Sn, Pb

Pedagógicamente se dice que un óxido salino se forma por la suma de los dos óxidos básicos de un mismo metal que lo conforman. Ejemplo:

Interdisciplinariedad

Química e Historia

Antoine Lavoisier, padre de la química, fue quien dio al oxígeno su nombre. Describió sus características y función en la combustión, oxidación de los metales y en la respiración.

Pese a todos sus aportes a la ciencia, Lavoisier fue decapitado en la Revolución francesa, en el período llamado Reino del Terror (Ruiz, 1996).

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

Escribe la fórmula del óxido salino que forma el cobalto.

Ejercicio propuesto

Escribe la fórmula del óxido salino que forma el hierro.

Estructura de Lewis y fórmula estructural

En las estructuras de Lewis se grafican los electrones de los iones M^+ atraídos por el oxígeno y en la fórmula estructural se dibujan por separado los enlaces que forma cada ion del metal con el oxígeno.

Fórmula mínima y molecular

Al igual que los óxidos básicos, en los óxidos salinos la fórmula mínima y molecular presenta los mismos subíndices.

- Fórmula mínima del óxido salino de níquel Ni_3O_4
- Fórmula molecular del óxido salino de níquel Ni_3O_4

Nomenclatura de óxidos salinos

● Nomenclatura de óxidos salinos

Interdisciplinariedad

Química y Arte

Los grandes exponentes del arte del Renacimiento, como Leonardo daVinci, Miguel Ángel, Donatello; y los de la Escuela Quiteña como Caspicara y Miguel de Santiago, fabricaban sus propias mezclas de pigmentos para plasmar sus obras de arte en óleos y murales. Para esto hicieron uso de todo tipo de óxidos.

Nomenclatura IUPAC

La IUPAC recomienda la nomenclatura estequiométrica y promueve el uso de nombres que indiquen cuál es la composición de los compuestos.

Nomenclatura sistemática

Para enunciar el nombre de estos compuestos se nombra primero al ion óxido, debido a que este da la característica a la función química. Luego de la palabra ‘de’, se nombra al ion metálico. En cada nombre se hace uso de los prefijos di, tri y tetra, observando la composición de la molécula y la cantidad de átomos de los elementos.

Ejemplo:
Ni_3O_4 tetraóxido de triníquel
Sn_2O_3 trióxido de diestaño

Nomenclatura stock

1. Se nombra primero al ion óxido.
2. Luego se escribe o dice la preposición 'de'.
3. Se nombra al ion metálico.
4. Se escribe entre paréntesis y con números romanos los estados de oxidación del metal.

Ejemplo:
Ni_3O_4 óxido de níquel (II) (III)
Sn_2O_3 óxido de estaño (II) (IV)

Ejercicio resuelto y propuesto

Ejercicio resuelto

Establece la fórmula y nomenclatura sistemática del óxido salino de cromo.

Formula: Cr_3O_4

Nombre sistemático:

tetraóxido de tricromo

Ejercicio propuesto

Establece la fórmula y nomenclatura tradicional del óxido salino de plomo.

Fórmula:

Nombre tradicional:

Nomenclatura tradicional

Se nombra primero al ion óxido seguido del nombre del metal con el sufijo ‘oso’, y luego el nombre del metal con el sufijo ‘ico’, de acuerdo a su estado de oxidación, menor y mayor, respectivamente.

Ejemplo:
Ni_3O_4 óxido niqueloso niquélico
Sn_2O_3 óxido estañoso estáñico

Nombre comercial

En la industria química se comercializan estos óxidos con su nombre comercial, óxido salino, acompañado del nombre del metal.

Ni_3O_4 óxido salino de níquel
Sn_2O_3 óxido salino de estaño

Síntesis de óxidos salinos

● Síntesis de óxidos salinos

▲ Cartilla de óleos, los colores se forman con base en óxidos de metales de transición. Contesta: ¿qué otros productos se pueden hacer con óxidos?

▲ Los óxidos de metales pesados se emplean en la fabricación de pinturas, pese a su toxicidad.

Los óxidos salinos se sintetizan en la naturaleza bajo la acción del oxígeno atmosférico y otros factores. Estos son extraídos y utilizados principalmente en la industria de pigmentos.

Una forma didáctica de aprender a encontrar la fórmula molecular de los óxidos salinos es a partir de la suma de los dos óxidos básicos de un mismo metal.

Ejemplo:
NiO + Ni_2O_3 → Ni_3O_4
SnO + SnO_2 → Sn_2O_3

Descomposición de óxidos salinos

Ni_3O_4 → NiO + Ni_2O_3
Sn_2O_3 → SnO + SnO_2

Las ecuaciones se balancean por ensayo-error con los coeficientes “1” (que no se escribe) en cada especie química.

La reacción de descomposición de un óxido salino requiere de grandes cantidades de energía a parte de catalizadores metálicos, debido a que estos son compuestos muy estables.

Un ejemplo de este proceso es la obtención del hierro a partir de su óxido salino por el método de aluminotermia.

Fe_3O_4 +Al → Fe + Al_2O_3

En la naturaleza los óxidos salinos se los encuentra en el suelo debido a que son insolubles en agua y cuando reaccionan con esta producen hidróxidos.

Estrategia para resolver problemas

La experiencia es muy valiosa en la solución de problemas. Si repites los procesos, los analizas y mejoras, aumentará tu confianza y se acrecentarán tus destrezas.

Usos de los óxidos salinos

El óxido salino de hierro se emplea mucho en la fundición del acero y el hierro.

Tetraóxido de plomo

Los óxidos salinos de níquel y manganeso se utilizan en la fabricación de pilas y baterías.

El óxido salino de plomo se utiliza como pigmento en las artes plásticas, en la pintura de óleos.

Ciencia, tecnología y sociedad

Ciencia, tecnología y sociedad

Contaminación por plomo

El envenenamiento por plomo (Pb), al igual que otros tipos de envenenamientos por metales pesados interfiere con varios procesos químicos del cuerpo, particularmente los que realiza el calcio (Ca) como la transmisión de impulsos eléctricos en las neuronas, y la formación de huesos, especialemente en niños y adolescentes.

¿Cómo se investiga en Química?

¿Cómo se investiga en Química?

¿Cómo se elabora y redacta un artículo científico?

Un artículo científico es un informe final escrito, luego de haber realizado una investigación acerca de un problema científico, en donde se describen el proceso, los resultados y las conclusiones de dicha investigación.

El artículo científico debe ser publicado en un lenguaje sencillo que puedan entender otras personas interesadas y no necesariamente especialistas.

Debe tener un mensaje que transmita el resultado concreto de la investigación.

"La finalidad esencial de un artículo científico (erudito) es comunicar los resultados de investigaciones, ideas y debates de una manera clara, concisa y fidedigna. Los autores y los jefes de redacción deben tratar sobre todo de lograr ese objetivo" (UNISIST, 1983).

De acuerdo a la Guía para la redacción de artículos científicos publicados por la UNESCO del año de 1983, se señalan los elementos constitutivos del manuscrito que son:

- El título debe ser conciso; su objeto es dar a conocer al lector el contenido esencial del artículo.
- El resumen analítico es un título más extenso compuesto por oraciones conexas.
- Una línea de palabras clave colocada a continuación del resumen analítico facilita grandemente a los servicios secundarios el indizado del artículo.
- El texto principal debe estar bien integrado, aunque dividido en secciones, mediante encabezamientos de carácter informativo.
- Un resumen redactado en el mismo idioma del artículo o traducido a una lengua de mayor difusión internacional facilita la asequibilidad del artículo.
- La lista de referencias debe elaborarse con especial cuidado... (UNISIST, 1983).

Ingresa en el siguiente link y lee un artículo científico sobre la lluvia ácida en Quito:

www.mayedu.ec/quim1/p117

Laboratorio 4

Laboratorio 4

Tema: Propiedades de los óxidos​

Datos informativos
Institución educativa:
Nombre del estudiante: ​
1er. BGU paralelo: ​                                                           Fecha: ​

Objetivo

1. Observar la formación de un óxido a partir de sus elementos.
2. Reconocer las propiedades de algunos óxidos básicos.
3. Observar la descomposición de un peróxido.

Procedimiento

Primera parte

1. Con las gafas colocadas, toma un pedazo de cinta de magnesio (2cm) con la pinza y colócala al fuego del mechero. Ten cuidado.
2. Coloca el producto de la reacción en un vidrio-reloj.

Segunda parte

1. Coloca un poco de cada óxido en vidrios-reloj diferentes y obsérvalos.
2. Mezcla los óxidos con un poco de agua destilada y coloca unas 2 gotas de fenolftaleína.
3. Anota tus observaciones en la tabla 1.

Tercera parte

1. Coloca la rebanada de papa cruda en un vidrio-reloj.
2. Añade unas gotas de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada).
3. Observa lo que sucede.

Reactivos

- Cinta de magnesio (Mg)
- Agua destilada
- Fenolftaleína (diluida)
- Óxido de calcio
- Óxido de hierro (II)
- Óxido de hierro (III)
- Óxido cuproso
- Peróxido de hidrógeno
- Rebanada de una papa pequeña y cruda

Materiales

- Pinza
- Mechero de Bunsen
- 7 vidrios-reloj
- Pipeta
- Gafas oscuras

Seguridad y recomendaciones

1. Utiliza las gafas y no mires directamente el resplandor de las reacciones químicas.
2. Maneja la fenolftaleína con cuidado.
3. No juegues con el agua oxigenada. Aunque parezca divertido, todos los reactivos químicos tienen un grado de peligrosidad.

Gráfico

Observaciones:

Reacción del magnesio con el oxígeno atmosférico.

Resultado de las observaciones

Óxidos | Estado de agregación | Color | Reacción con la fenolftaleína (coloración)
- Óxido de magnesio |  |  |
- Óxido de calcio |  |  |
- Óxido de hierro (II) |  |  |
- Óxido de hierro (III) |  |  |
- Óxido de cobre (II)​​ |  |  |

Completa las reacciones químicas:
Reacción de combinación: Mg + O →
Reacción de síntesis Mg (OH)_2: MgO + H_2O →
Reacción de descomposición del H_2O_2: H_2O_2 →

Conclusiones

Proyecto de emprendimiento

Proyecto de emprendimiento ^

Tema: Servicios para limpieza de objetos de cobre y bronce

Justificación

En casi todos los hogares tenemos objetos de bronce. Estos con la humedad, el tiempo o el uso van perdiendo su brillo rojizo metálico, que es característico. La aplicación de una buena limpieza devolverá la belleza a estos objetos.

Objetivos

1. Adquirir conocimiento sobre la oxidación del cobre.
2. Establecer técnicas de limpieza adecuadas para objetos de cobre y bronce.
3. Prestar un servicio a la comunidad.

Actividades y recursos

Materiales

- Mandil
- Guantes
- Cepillos de dientes usados
- Estropajos
- Tinas
- Bicarbonato
- Manteles (pueden usar material reciclado, botellas plásticas, ropa usada, otros)

Taller de limpieza

- Buscar entre los integrantes del grupo un lugar donde puedan instalar el taller de limpieza de objetos de cobre y bronce. Se puede brindar el servicio a domicilio.
- Investigar las técnicas de limpieza de objetos de cobre y bronce.
- Adquirir los materiales para el taller.
- Ensayar con objetos del propio hogar.

Comercialización

- Diseñar una volante o tarjeta de presentación.
- Difundir mediante las redes sociales el servicio que se presta.
- Realizar invitaciones y pruebas en la casa abierta del colegio. O en una feria del municipio donde asista público en general.
- Adecuar un cuarto para taller que permita recibir clientes.
- Proveerse de una caja de herramientas.

Conclusiones:

- ¿Qué aprendiste del trabajo en equipo?
- ¿Cómo pueden mejorar sus técnicas de limpieza?
- ¿Qué más se podría hacer para dejar a los clientes satisfechos?

Evaluación del proyecto | Sí | No | En parte
Se cumplieron los objetivos. |  |  |
Se cumplió el cronograma. |  |  |
Se utilizó material reciclado para bajar costos. |  |  |
Se dio buen servicio a los clientes. |  |  |
Se difundió este servicio a la comunidad adecuadamente. |  |  |

Autoevaluación | Sí | No | En parte
Fuiste responsable con la actividad que se te encargó en el proyecto. |  |  |
Pudiste trabajar en equipo sin dificultad. |  |  |
Escuchaste las sugerencias de tu maestro y compañeros. |  |  |
Tuviste una comunicación adecuada, cálida y oportuna con las personas. |  |  |
Te esforzaste porque todas las actividades del proyecto se cumplieran a tiempo y con los mejores resultados. |  |  |

Tecnologías de la Información y la Comunicación

Tecnologías de la Información y la Comunicación

Openshot

Editar un video del laboratorio de Química con Openshot
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1. Con las herramientas "Navaja" y "Redimencionar" selecciona y ajusta exactamente la sección del video que necesitas.

1. Agrega más videos, imágenes o audios; recórtalos y ordénalos en la línea de tiempo. Puedes modificar el volumen de cada uno haciendo clic derecho sobre la pista y seleccionando "Propiedades" y "Audio"

1. Agrega transiciones entre las distintas escenas desde la pestaña "Transiciones".

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