Composición, Propiedades y Química del Agua, Aire y Compuestos Orgánicos

El Agua (H₂O)

La mayor parte del agua se encuentra en los océanos (agua de mar o agua salada). Más del 70% de la superficie del planeta es agua.

El agua de mar está llena de solutos, por lo que el mar es una gigantesca disolución acuosa.

El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos (sustancia líquida, incolora y transparente).

Estados del agua:

• Sólido (Fusión) → Líquido (Vaporización) → Gaseoso
• Gaseoso (Congelación) → Líquido

El agua que se encuentra en condiciones de ser bebida sin que provoque perjuicios al ser humano se denomina agua potable. Esta contiene otros compuestos, en su mayoría iones, que no son nocivos cuando están presentes en bajas cantidades.

Procedimientos Artificiales de Purificación

Destilación del agua: Proceso que implica la evaporización del agua y su posterior condensación. Se gasta mucha energía para poder alcanzar la evaporización del agua, por lo que es un procedimiento muy caro.

Condensación: Ocurre cuando el vapor choca con una superficie a menor temperatura.

Osmosis inversa: Método de destilación que no implica cambio de estado del agua. En este procedimiento, el agua de mar se encuentra en un recipiente separado de otro por una membrana semipermeable que solo permite el paso de agua y no de solutos o sales cuando esta agua es sometida a una presión. De manera que en el otro recipiente el agua obtenida es potable.

Potabilización del agua: Este proceso consiste en pasar el agua proveniente de alguna fuente natural por varias piscinas que la van limpiando. Por ejemplo, las primeras piscinas son de decantación donde residuos sólidos pesados o grandes decantan, es decir, se van al fondo de la piscina quedando ahí.

Procedimientos Naturales de Purificación

Agua Pluvial: Dentro del ciclo del agua está el agua de lluvia o pluvial, que corresponde al agua de mar que luego de evaporarse se condensa y precipita hacia la superficie de la tierra. Al evaporarse, el agua se purifica, esto es, se separa de otras sustancias con las que está mezclada en estado líquido.

Agua proveniente de Manantiales: Otra fuente de agua que se purifica naturalmente es la proveniente de manantiales.

Dureza del Agua

El agua se puede clasificar en blanda y dura. Esta clasificación está basada en la presencia o no de iones Calcio (Ca⁺⁺) y Magnesio (Mg⁺⁺).

Agua Dura: Cuando el agua presenta iones Calcio y Magnesio. El agua dura es inadecuada para algunos usos domésticos e industriales porque los iones de Calcio y Magnesio reaccionan con el jabón para formar sales insolubles. Ablandamiento del Agua dura: Al agregar carbonato de sodio en agua, este se separa en sus iones constituyentes, sodio y carbonato.

Agua Blanda: Cuando el agua no presenta iones Calcio y Magnesio o los presenta en muy baja cantidad.

Disoluciones

Una disolución es una mezcla homogénea de sustancias, en la que se puede distinguir un solvente (mayor cantidad) y un soluto o sustancia disuelta (menor cantidad). Solvente + soluto = Disolución. En la mayoría de las soluciones diariamente, el solvente es el Agua.

Contaminación

a) Contaminación como consecuencia de la obtención de materias primas: Un ejemplo de ello es la actividad minera que contaminan principalmente los cauces de los ríos.

b) Contaminación como consecuencia de la obtención de energía: Un ejemplo de ello son las industrias químicas que, para obtener energía para realizar sus procesos productivos, deben “quemar” petróleo o gas natural, contaminando el aire.

Tratamiento de Aguas Servidas

Las aguas servidas pueden contener distintas sustancias contaminantes. Cada una de ellas se separa de distinta manera durante el tratamiento del agua para que ésta pueda volver a ser potable.

• Sólidos: Se separan a través de decantación, flotación o filtración.
• Partículas muy finas y los coloides orgánicos: Se separan por floculación o coagulación.
• Materias orgánicas disueltas y biodegradables: Se eliminan por lodos activos o fermentación anaeróbica.
• Materias orgánicas no biodegradables: Se separan por absorción de carbono activo.
• Sustancias inorgánicas disueltas: Se separan por precipitación y membrana semipermeable.

Reacción Química

Un ejemplo diario es la combustión. Algunas reacciones químicas se producen de modo espontáneo y otras no. (Ejemplo: al echar sal al agua, esta se mezcla, quedando agua salada; distinto es lo que sucede al mezclar aceite con agua).

Partículas Fundamentales del Átomo

En el núcleo se encuentran los neutrones y protones, y en la corteza los electrones. Lo que diferencia a un átomo de otro es el número de protones. El neutrón y protón tienen tamaños y masas similares, pero el electrón resulta ser muchísimo más pequeño.

Partículas Subatómicas → Átomos → Moléculas → Compuestos Químicos

Los átomos en una molécula se atraen por medio de enlaces químicos. En ello participan algunos electrones de cada uno de los átomos involucrados.

Estructura de la Molécula de Agua

Los átomos que la componen forman grupos de tres: 2 de hidrógeno y 1 de oxígeno (H₂O). Todos los estudios realizados indican que en la molécula de agua el átomo de oxígeno se encuentra enlazado a los dos átomos de hidrógeno formando un ángulo de 104°.

Estequiometría

Es el estudio de las reacciones entre la masa de átomos y moléculas y su cantidad.

Reglas Fundamentales:

a) La masa de una molécula es igual a la suma de las masas de los átomos  que la constituyen. b) La masa de un conjunto de moléculas es igual a la suma de las masas de cada una de las moléculas.

Química Orgánica

Compuestos Químicos:

-Orgánicos (Contiene carbono a excepción de CO₂ , CN y Carbonatos) -Inorgánicos (No contienen carbono)

El átomo de Carbono: Los átomos de CARBONO tienen la propiedad de unirse entre sí para formar cadenas lineales o ramificadas lo que le permite formar una amplia gama de moléculas. El carbono posee 6 protones ₆C. El carbono al enlazarse con otros átomos puede formar 4 enlaces. Cuando un átomo de carbono se enlaza con otros cuatro átomos, forma una estructura geométrica llamada Tetraedro.

 Met – Et – Prop – But – Pent – Hex – Hept – Oct. -> Nomenclatura (prefijos)

Clasificación de los compuestos Orgánicos:

* Hidrocarburos: (Solo H y C)

-Alifáticos: Alcanos (solo enlaces simples) – Alquenos (Al menos un enlace doble) – Alquinos (Al menos un enlace triple)

- Aromáticos: Poseen al menos un anillo bencénico.

* Compuestos con átomos distintos al C:

 Clasificación según grupos funcionales:

a) Grupo Alcohol: R-OH b) Grupo Aldehido: R-CHO c) Grupo Ácido: R-COOH

d) Grupo Ester: R-COOR e) Grupo Amina: R-NH₂ f) Grupo Amida: R-CO-NH₂

g) Grupo Cetona: R-CO-R h) Grupo Eter: R-O-R

Estereoquímica: Rama de la química relacionada con los aspectos tridimensionales de las moléculas.

-Isometría Estructural: De cadena – De Posición – De función

a) Conformacional: Compuestos con conformaciones diferentes. b) Configuracional: Compuestos con diferentes disposiciones espaciales de sus átomos.

Polímero: Especie química de alto peso molecular.

Polimerización: Proceso mediante el cual se forman polímeros a partir de monómeros. Polimerización por adición / Polimerización por condensación

El Aire -El aire es una mezcla gaseosa. El nitrógeno y el oxígeno son el 99 % en volumen del aire. Otros gases componentes del aire son: metano, anhídrido carbónico, hidrógeno y los gases nobles. El agua y el material particulado se encuentran en cantidades variables.

-El Oxigeno: El oxígeno en el aire es un 20,9 % en volumen. Es un gas incoloro, inodoro, insípido. Es necesario en la respiración de plantas y animales. Se forma durante la fotosíntesis de las plantas verdes y del plancton marino. Se reconoce porque enciende una pajilla en ignición.

- Gas natural: El metano es comúnmente llamado gas natural. La combustión del gas natural es más limpia que la combustión del gas licuado que es una mezcla de propano y butano. La combustión del metano en general es completa, es decir, se forma anhídrido carbónico y agua.  

Propiedades de los Gases:

Comprensibilidad, disminución del volumen de un gas, puede ser por un aumento de presión o bien disminución de temperatura.

Expansibilidad, aumento del volumen que ocupa un gas, puede ser por un aumento de temperatura o bien por disminución de presión.

Difusibilidad, propiedad de los gases de dispersarse en otro gas hasta formar una mezcla homogénea.

Ley de Boyle-Mariotte:   P₁ • V₁   =   P₂ • V₂ (T=constante), Presión Inv. Pro al volumen.

Ley de Charles: 

 (P=Constante), Volumen direct Pro a la temperatura.

Ley de Gay Lussac:

 (V=Constante), Presion direc. Pro a la temperatura.

Ley de Avogadro: P V = n R T Igual cantidad de moléculas de diferentes gases en las mismas condiciones de presión y temperatura ocupan un mismo volumen.