Grupos Funcionales...

Los hidrógenos de los hidrocarburos pueden ser sustituidos por átomos de otro metal o por un agrupamiento de átomos para obtener compuestos derivados que poseen propiedades muy diferentes y que presentan estructuras muy distintas.

A ese átomo o grupo de átomos que representan la diferencia entre un hidrocarburo y el nuevo compuesto, se le llama grupo funcional.

Como corolario, podemos decir que un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que caracteriza a una clase de compuestos orgánicos.

Cada grupo funcional determina las propiedades químicas de las sustancias que lo poseen; es decir determina su función química.

Se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a un grupo de sustancias que tienen estructura semejante; es decir, que poseen un determinado grupo funcional.

Por ejemplo, en un alcano, los átomos de hidrógeno pueden ser sustituidos por otros átomos (de oxígeno o nitrógeno, por ejemplo), siempre que se respete el número correcto de enlaces químicos (recordemos que el oxígeno forma dos enlaces con los otros átomos y el nitrógeno forma tres). El grupo OH en el alcohol etílico y el grupo NH₂ en la etilamina son grupos funcionales.

Reiteramos: La existencia de un grupo funcional cambia completamente las propiedades químicas (la función química) de la molécula. A título de ejemplo, el etano, alcano con dos carbonos, es un gas a temperatura ambiente; el etanol, el alcohol de dos carbonos (derivado del etano por sustitución), es un líquido.  

Grupos Funcionales

Alquenos

• CH4 meteno

• C2H4 Eteno

• C3H6 Propeno

• C4H8 Buteno

• C5H10 Penteno

• C6H12 Hexeno

• C7H14 Hepteno

• C8H16 Octeno

• C9H18 Noneno

• C10H20 Decaeno

Alcanos

1°Metano. CH4
2°Etano. C2H6
3°Propano. C3H8
4°Butano. C4H10
5°Pentano. C5H12
6°Hexano. C6H14
7°Heptano. C7H16
8°Octano C8H18
9°Nonano C9H20
10°Decano C10H22

Radicales alquilos con variacion

CH3 Metilo
CH3-CH2 Etilo
CH3-CH3-CH2 Propilo
CH3-CH3-CH3-CH2 Butilo
CH3-CH3-CH3-CH3-CH2 Pentilo
CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH2 Hexilo
CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH2 Heptilo
CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH3-CH2 Octilo

Configuración electrónica

Geometría molecular

Los átomos que las conforman se ubican en el espacio en posiciones bien determinadas. El ordenamiento tridimensional 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 . Su geometría molecular es angular.

La molécula de amoníaco (NH3) . La geometría molecular es piramidal.

La molécula de metano (CH4)  Su geometría molecular es tetraédrica.

 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.

imágenes del petroleo

Derivados del petroleo

GASOLINA LIGERA

Destilada a partir del petróleo crudo, debe ser estabilizada, es decir, separada del butano y del propano y luego, con ayuda de un reactivo o de un catalizador, se neutraliza los compuestos sulfurados malolientes y corrosivos.

GASOLINA PESADA

Reformada para hacerla apta para servir en los motores de explosión.

Esta operación se efectúa en presencia de un catalizador de platino, hacia 500 º centígrados y a una presión de 35 kilogramos por centímetro cuadrado.

Va acompañada de otras reacciones, principalmente de desulfuración, y da una gasolina de alto índice de octano, el supercarburante, propio para la alimentación de los motores de elevado coeficiente o grado de comprensión.

GASOLINA DE AVIACIÓN

Se obtiene por síntesis a partir de hidrocarburos gaseosos. Esta acción (alquilación) utiliza el ácido sulfúrico o fluorídrico como catalizador. La calidad final de carburantes es mejorada por la incorporación de plomo tetraélico.

PETRÓLEO LAMPANTE (QUEROSENO)

Se obtiene por destilación del petróleo, que su empleo en quinqués y lámparas de mecha fuera reemplazado paulatinamente por alumbrado eléctrico.

Sirve como combustible para ciertas estufas. Su punto de inflamación no puede rebasar los 40º centígrados, que lo haría demasiado inflamable.

Una importante aplicación del queroseno consiste en la preparación de carburreactores, o carburantes especiales para motores de reacción de aviones.

GAS-OIL

Carburante propio para motores diesel rápidos. Debe ser desulfurado por hidrogenación catalítica.

Si el crudo contiene un exceso con relación a la gasolina, puede ser5 sometido a una operación de cracking a 500º centígrados, en presencia de un catalizador de cobalto-molibdeno.

La gasolina que se obtiene es de excelente calidad.

FUEL-OIL

Son los residuos pesados de la destilación o del cracking (aceites combustibles), o mazut, utilizados para la calefacción doméstica o industrial.

PRODUCTOS PESADOS

Son los provenientes de una destilación al vacío del residuo de primera destilación y del desasfaltado de este residuo al vacío.

Son los aceites, parafinas y betunes.

Estas materias deben ser tratadas con ayuda de un disolvente (fenol o sulfuros) para extraer de ellas los compuestos inestables y aromáticos.

El petroleo

El petróleo es un compuesto químico complejo en el que coexisten partes sólidas, líquidas y gaseosas. Lo forman, por una parte, unos compuestos denominados hidrocarburos, formados por átomos de carbono e hidrógeno y, por otra, pequeñas proporciones de nitrógeno, azufre, oxígeno y algunos metales. Se presenta de forma natural en depósitos de roca sedimentaria y sólo en lugares en los que hubo mar.

Su color es variable, entre el ámbar y el negro y el significado etimológico de la palabra petróleo es aceite de piedra, por tener la textura de un aceite y encontrarse en yacimientos de roca sedimentaria.

Existen tres grandes categorías de petróleo crudo: de tipo parafínico, de tipo asfáltico y de base mixta. El petróleo parafínico está compuesto por moléculas en las que el número de átomos de hidrógeno es siempre superior en dos unidades al doble del número de átomos de carbono. Las moléculas características del petróleo asfáltico son los naftenos, que contienen exactamente el doble de átomos de hidrógeno que de carbono. El petróleo de base mixta contiene hidrocarburos de ambos tipos. 

El petróleo y el gas natural ascienden a través de los poros microscópicos de los sedimentos situados por encima. Con frecuencia acaban encontrando un esquisto impermeable o una capa de roca densa: el petróleo queda atrapado, formando un depósito. Sin embargo, el petróleo no se topa con rocas impermeables, sino que brota en la superficie terrestre o en el fondo del océano. Entre los depósitos superficiales también figuran los lagos bituminosos y las filtraciones de gas natural.

Origen

Factores para su formación:

·         Ausencia de aire

·         Restos de plantas y animales (sobre todo, plancton marino)

·         Gran presión de las capas de tierra

·         Altas temperaturas

·         Acción de bacterias

Localización

Al ser un compuesto líquido, su presencia no se localiza habitualmente en el lugar en el que se generó, sino que ha sufrido previamente un movimiento vertical o lateral, filtrándose a través de rocas porosas, a veces una distancia considerable, hasta encontrar una salida al exterior –en cuyo caso parte se evapora y parte se oxida al contactar con el aire, con lo cual el petróleo en sí desaparece– o hasta encontrar una roca no porosa que le impide la salida. Entonces se habla de un yacimiento.
NOTA: El petróleo no forma lagos subterráneos; siempre aparece impregnado en rocas porosas.

Geología del petróleo

El petróleo no se encuentra distribuido de manera uniforme en el subsuelo hay que tener presencia de al menos cuatro condiciones básicas para que éste se acumule:

	Debe existir una roca permeable de forma tal que bajo presión el petróleo pueda moverse a través de los poros microscópicos de la roca.
	La presencia de una roca impermeable, que evite la fuga del aceite y gas hacia la superficie.
	El yacimiento debe comportarse como una trampa, ya que las rocas impermeables deben encontrarse dispuestas de tal forma que no existan movimientos laterales de fuga de hidrocarburos.
	Debe existir material orgánico suficiente y necesario para convertirse en petróleo por el efecto de la presión y temperatura que predomine en el yacimiento.

TIPOS DE PETRÓLEO

Son miles los compuestos químicos que constituyen el petróleo, y, entre muchas otras propiedades, estos compuestos se diferencian por su volatilidad (dependiendo de la temperatura de ebullición). Al calentarse el petróleo, se evaporan preferentemente los compuestos ligeros (de estructura química sencilla y bajo peso molecular), de tal manera que conforme aumenta la temperatura, los componentes más pesados van incorporándose al vapor.

Las curvas de destilación TBP ("true boiling point", temperatura de ebullición real) distinguen a los diferentes tipos de petróleo y definen los rendimientos que se pueden obtener de los productos por separación directa.

La industria mundial de hidrocarburos líquidos clasifica el petróleo de acuerdo a su densidad API (parámetro internacional del Instituto Americano del Petróleo, que diferencia las calidades del crudo).

Aceite Crudo	Densidad ( g/ cm3)	Densidad grados API
Extra pesado	>1.0	10.0
Pesado	1.0 - 0.92	10.0 - 22.3
Mediano	0.92 - 0.87	22.3 - 31.1
Ligero	0.87 - 0.83	31.1 - 39
Súper ligero	< 0.83	> 39

Solución  molal (m)

 Ejemplo:

Calcula la moladidad de una disolución que tiene 0.5 moles de NaCl en 2.0 kg de agua.

Datos:

 m = ?                                   n= 0.5 mol NaCl                          kg disolvente= 0.2 kg  H2O

Solución:

m =  =  = 2.5  = 2.5 m

Ejemplo:

Calcula la molalidad de una disolución que contiene 12 g de Mg (OH)2 en 500 mL de H2O.

Datos:

m =?

n = (12 g Mg (OH)2 )  = 0.2 mol Mg (OH)2

kg disolvente = (500 ml)  = 500 = 0.5 kg H2O

Solución:

m =  =  =  = 0.4 m

Ejemplo:

Calcula 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 = (1 200 mL)   = 1.2 kg 

Solución:

A partir de m = , despejas n y obtienes n = (m) (kg); sustituyendo en la formula resulta:

n =(1.2 kg H2O) = 0.96 mol NaOH

Convierte a los moles a gramos:

Masa NaOH =(0.96 mol NaHO)  = 38.4 g NaHO

Solución Normal (N)

Ejemplo:

La Equivalentes-gramo de cada sustancia son:

Elementos:

1. Al³⁺;       Eq-g Al³⁺ =  = 9 g            1 Eq-g Al³⁺ = 9 g

2. S^2-;          Eq-g  S^2- =  = 16 g         1Eq-g  S^2- = 16 g

Ácidos:

3. HCl;        Eq-g HCl =  = 36.5 g     1 Eq-g HCl =36.5 g

4. H₂SO₄;    Eq-g H₂SO₄ =   = 49 g      1 Eq-g H₂SO₄ =49 g

Bases:

5. NaOH;    Eq-g NaHO = = 40          1 Eq-g NaOH = 40 g

6. Al (OH)₃;  Eq-g Al (HO)₃ = = 26 g   1 Eq-g Al (OH)₃ =26 g

Sales:

7. K₂SO₄;    Eq-g K₂SO₄= = 87 g

    1 Eq-g K₂SO₄ = 87 g

8. Al₂ (SO₄)₃;  Eq-g Al₂ (SO₄)₃ =  = 57 g

  1 Eq-g Al₂ (SO₄)₃ = 57 g

Para determinar la concentración normal (N) debes aprender a realizar las conversiones de unidades.

Ejemplo:

100 g NaOH                       Eq-g

Relacionado estequiométricamente estas unidades observaras que:

(100 g NaHO)  = 2.5 Eq-g NaOH

Ejemplo:

*1.8 eq-g H₂SO₄                                  gramos

Aplicando el mismo procedimiento analítico tendrás:

(1.8 Eq-g H₂SO₄)  = 88.2 H₂SO₄

Ahora podrás interpretar adecuadamente la unidad de concentración, química normal.

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 L

Solución:

N =  =  = 0.58  =0.58 N

Ejemplo:

Calcula la normalidad que habrá en 1200 mL de disolución, la cual contiene 50 g de H₂SO₄.

Datos:

N = ?                  E = ( 50 g H₂SO₄)  = 1.02 Eq-g H₂SO₄    V= (1200 mL) =1.2 L

Solución:

N =  =  = 0.85  = 0.85 N

Ejemplo:

¿Cuántos gramos de soluto habrá en 800 mL de disolución 0.75 N de H₃BO₃?

Datos:

masa H₃BO₃ = ?              V= 800 mL = 0.8 L                            N=0.75

Solución:

A partir de N =  , despeja E y tendrás E = NV; sustituyendo valores:

E = (0.75 )( 0.83 L) = 0.60 Eq-g H₃BO₃

Realiza la conversión:

Eq-g                     gramos

Obtienes:

masa de H₃BO₃ = ( 0.60 Eq-g H₃BO₃)  = 12.36 g

Fracción molar (X)

Ejemplo:

Una disolución contiene 20 g de NaOH y 100 de H₂O. Calcula la fracción molar de NaOH y de H₂O.

Datos:

masa NaOH = 20 g                masa  H₂O = 100

  = (20 g)  = 0.5         = (100 g) = 5.55mol

n disolución =   +              n disolución = 0.5 mol + 5.55 mol   n disolución = 6.05 mol

Solución:

 =  =  = 0.083

 =  =  = 0.917

Observa que:

 +  = 1                 0.083 + 0.917= 1                   1 = 1

Por lo tanto, la suma de las fracciones molares es igual a 1.