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La Coctelera

EL PETROLEO

 

El Petróleo
Una Visión Sencilla de Nuestra Industria Petrolera

 

  1. Origen y formación del petróleo
  2. Exploración
  3. Extracción
  4. Reservas mundiales. Producción y duración
  5. Transporte y mercados de consumo
  6. Refino y obtención de productos
  7. Almacenamiento
  8. Petroquímica: Transformación de Productos Derivados
  9. Gases licuados del petróleo. El gas natural
  10. La importancia del petróleo en la economía mundial         
  11. El Petróleo y el Medio Ambiente
  12. Glosario
  13. Siglas
  14. Unidades de Medida
  15. Bibliografía

 

•1.       Origen y formación del petróleo

¿QUÉ ES EL PETRÓLEO?

El producto 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.

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.

 

 

 

Estratigráficos: En forma de cuña alargada que se inserta entre dos estratos.

 Anticlinal: En un repliegue del subsuelo, que almacena el petróleo en el arqueamiento del terreno.

 Falla: Cuando el terreno se fractura, los estratos que antes coincidían se separan. Si el estrato que contenía petróleo encuentra entonces una roca no porosa, se forma la bolsa o yacimiento.

 En las últimas décadas se ha desarrollado enormemente la búsqueda de yacimientos bajo el mar, los cuales, si bien tienen similares características que los terrestres en cuanto a estructura de las bolsas, presentan muchas mayores dificultades a la hora de su localización y, por añadidura, de su explotación.

 

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.

 

La búsqueda de petróleo o gas se enfrenta con el hecho de que la superficie de la tierra tiene una historia complicada. Los geocientíficos saben que parte de la corteza terrestre, que abarcan continentes y océanos, se han trasladado con relación a otras. Cuando los continentes se separaron, zonas que eran tierra quedaron sumergidas por el mar: esas zonas se convirtieron en lugares de deposición de rocas sedimentarias. Al producirse colisiones las enormes fuerzas originadas levantaron cadenas de montañas, estrujaron las rocas en plegamientos y las echaron unas sobre otras, para formar estructuras complejas. Algunas de éstas son favorables para la acumulación de petróleo.

Una de las estructuras más comunes es el anticlinal, cuyas capas forman un arco hacia arriba o en forma convexa, con las capas antiguas cubiertas por las más recientes y se estrechan con la profundidad. Debajo del anticlinal, puede encontrarse un yacimiento de hidrocarburos, sellado por una capa impermeable. Si se perfora un pozo a través de esta cubierta, hasta llegar al yacimiento, se puede sacar petróleo a la superficie.

 

 

Fig.2.- Trampas estratigráficas: lentes de arena donde el petróleo se encuentra impregnado entre los granos (poros). Estos lentes se encuentran rodeados por material impermeable que actúa como roca sello.

 

 

Fig.3.- Trampas estructurales: responde a fractura, fallamiento donde se desplaza un bloque respecto del otro, y a plegamiento. El petróleo se acumula en los laterales de la falla y en la cresta de los pliegues.

 

El petróleo no suele encontrarse en el lugar en el que se genera. La generación de petróleo se produce a partir de la materia orgánica que se encuentra en sedimentos de grano fino, como arcillas; a estos sedimentos se les llama rocas madre. Posteriormente el petróleo se traslada a sedimentos de grano más grueso, como areniscas, por medio de un  proceso llamado migración; A veces el petróleo no encuentra obstáculos en su migración, por lo que sale o brota, a la superficie como un manantial (así el Hombre conoció la existencia de petróleo) o bien queda entrampado. Las trampas son sitios del subsuelo donde existen condiciones adecuadas para que se acumulen los hidrocarburos, éstas se caracterizan por la presencia de rocas porosas y permeables conocidas como rocas almacén o reservorios, donde se acumulan o almacenan los hidrocarburos bordeados de capas de rocas impermeables o rocas sello que impiden su migración.

Existen dos tipos de migración: primaria, desde la roca madre a la almacén, y secundaria, dentro de la roca almacén. Mientras que la migración primaria se produce siempre a través de cortas distancia, la secundaria se puede dar a distancias muy largas.

Los reservorios tienen tres propiedades cuyo conocimiento resultan fundamentales para conseguir el máximo rendimiento en la exploración y producción de hidrocarburos.
Porosidad

La porosidad es la medida de los espacios huecos en una roca, y resulta fundamental para que ésta actúe como almacén:
Porosidad = % (volumen de huecos / volumen total) x 100

 La porosidad se expresa como ø. Casi todos los almacenes tienen un ø entre 5% y 30%, y la mayoría entre 10% y 20%.

Existen varios tipos de porosidad según la conexión de sus poros:

Conectada: poros conectados por un solo lado.

 

 

Interconectada: poros conectados por varios lados. Las corrientes de agua pueden desalojar el gas y el petróleo (ver saturación de hidrocarburos).

 

 

Aislada: poros aislados.

 

 

 

Los poros conectados e interconectados constituyen la porosidad efectiva.

 

Permeabilidad

Es el segundo factor importante para la existencia de un almacén. La permeabilidad (k) es la capacidad de una roca para que un fluido fluya a través de ella y se mide en darcys, que es la permeabilidad que permite a un fluido de un centipoise de viscosidad fluir a una velocidad de 1 cm/s a una presión de 1 atm/cm. Habitualmente, debido a la baja permeabilidad de las rocas, se usan los milidarcies.

La ley de Darcy sólo es válida cuando no hay reacciones química entre el fluido y la roca, y cuando hay una sola fase rellenando los poros.

La permeabilidad media de los almacenes varía entre 5 y 500 milidarcies, aunque hay depósitos de hasta 3.000 - 4.000 milidarcies.

Para ser comercial, el petróleo debe fluir a varias decenas de milidarcies.

Saturación de hidrocarburos

Debido a ciertas propiedades de los fluidos y de las rocas almacén o reservorios, es común que al menos una parte del espacio poral esté ocupado por agua. La saturación de hidrocarburos expresa el porcentaje del espacio poral que está ocupado por petróleo o gas natural.

En términos geológicos, las capas subterráneas se llaman "formaciones" y están debidamente identificadas por edad, nombre y tipo del material rocoso del cual se formaron. Esto ayuda a identificar los mantos que contienen las ansiadas rocas sedimentarias.

Las "cuencas sedimentarias" son cubetas rellenas de sedimentos, que son las únicas rocas donde se pueden generar hidrocarburos (conforme a la teoría de Engler) y donde en general se acumulan. En pocos casos se dan acumulaciones de petróleo y gas en rocas graníticas. El tamaño de estas cubetas varía en decenas de miles de kilómetros cuadrados, y el espesor generalmente es de miles de metros, alcanzando hasta 7.000 metros. Estas cubetas se encuentran rodeadas por zonas de basamento (que rara vez contienen petróleo).

 

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 (del inglés "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

Extrapesado

>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

 

Superligero

< 0.83

> 39

 

 

 

•2.           Exploración

Para descubrir los lugares donde existen yacimientos de petróleo no existe un método científico exacto, sino que es preciso realizar multitud de tareas previas de estudio del terreno. Los métodos empleados, dependiendo del tipo de terreno, serán geológicos o geofísicos.

MÉTODOS GEOLÓGICOS

El primer objetivo es encontrar una roca que se haya formado en un medio propicio para la existencia del petróleo, es decir, suficientemente porosa y con la estructura geológica de estratos adecuada para que puedan existir bolsas de petróleo.

Hay que buscar, luego, una cuenca sedimentaria que pueda poseer materia orgánica enterrada hace más de diez millones de años.

Para todo ello, se realizan estudios geológicos de la superficie, se recogen muestras de terreno, se inspecciona con Rayos X, se perfora para estudiar los estratos y, finalmente, con todos esos datos se realiza la carta geológica de la región que se estudia.

Tras nuevos estudios "sobre el terreno" que determinan si hay rocas petrolíferas alcanzables mediante prospección, la profundidad a la que habría que perforar, etc., se puede llegar ya a la conclusión de si merece la pena o no realizar un pozo-testigo o pozo de exploración. De hecho, únicamente en uno de cada diez pozos exploratorios se llega a descubrir petróleo y sólo dos de cada cien dan resultados que permiten su explotación de forma rentable.

 

MÉTODOS GEOFÍSICOS

Cuando el terreno no presenta una estructura igual en su superficie que en el subsuelo (por ejemplo, en desiertos, en selvas o en zonas pantanosas), los métodos geológicos de estudio de la superficie no resultan útiles, por lo cual hay que emplear la Geofísica, ciencia que estudia las características del subsuelo sin tener en cuenta las de la superficie.

Aparatos como el gravímetro permiten estudiar las rocas que hay en el subsuelo. Este aparato mide las diferencias de la fuerza de la gravedad en las diferentes zonas de suelo, lo que permite determinar qué tipo de roca existe en el subsuelo.

 

Con los datos obtenidos se elabora un "mapa" del subsuelo que permitirá determinar en qué zonas es más probable que pueda existir petróleo.

También se emplea el magnetómetro, aparato que detecta la disposición interna de los estratos y de los tipos de roca gracias al estudio de los campos magnéticos que se crean.

Igualmente se utilizan técnicas de prospección sísmica, que estudian las ondas de sonido, su reflexión y su refracción, datos éstos que permiten determinar la composición de las rocas del subsuelo. Así, mediante una explosión, se crea artificialmente una onda sísmica que atraviesa diversos terrenos, que es refractada (desviada) por algunos tipos de roca y que es reflejada (devuelta) por otros y todo ello a diversas velocidades.  Estas ondas son medidas en la superficie por sismógrafos.

Más recientemente, las técnicas sísmicas tridimensionales de alta resolución permiten obtener imágenes del subsuelo en su posición real, incluso en situaciones estructurales complejas.

Pero, con todo, la presencia de petróleo no está demostrada hasta que no se procede a la perforación de un pozo.

 

•3.           Extracción

Aunque en un principio se empleó el método de percusión, cuando los pozos petrolíferos estaban situados a poca profundidad y bajo rocas de gran dureza, dicha técnica desde mediados del siglo XX dejó paso al método de rotación, ya que la mayor parte del petróleo se ha determinado que se encuentra a una profundidad de entre 900 y 5.000 metros, aunque hay pozos que llegan a los 7.000 u 8.000 metros.

Método de rotación

Consiste en un sistema de tubos acoplados unos a continuación de otros que, impulsados por un motor, van girando y perforando hacia abajo. En el extremo se halla una broca o trépano con dientes que rompen la roca, cuchillas que la separan y diamantes que la perforan, dependiendo del tipo de terreno. Además, existe un sistema de polea móvil del que se suspende el conjunto de los tubos que impide que todo el peso de los tubos -los pozos tienen profundidades de miles de metros- recaiga sobre la broca.

Encamisado

Para evitar que las paredes del pozo se derrumben durante la perforación y, al mismo tiempo, la estructura de los estratos del subsuelo permanezca inalterada, según se va perforando el pozo, éste va siendo recubierto mediante unas paredes -o camisas- de acero de un grosor de entre 6 y 12 milímetros.

Aprovechamiento del Yacimiento

Los cálculos realizados históricamente permiten afirmar que habitualmente una bolsa de petróleo sólo suele ser aprovechada entre un 25% y un 50% de su capacidad total. El petróleo suele estar acompañado en las bolsas por gas. Ambos, por la profundidad a la que se hallan, están sometidos a altas presiones-el gas, por esa circunstancia, se mantiene en estado líquido-. Al llegar la broca de perforación, la rotura de la roca impermeable provoca que la presión baje, por lo que, por un lado, el gas deja de estar disuelto y se expande y el petróleo deja de tener el obstáculo de la roca impermeable y suele ser empujado por el agua salada que impregna generalmente la roca porosa que se encuentra por debajo de la bolsa de petróleo. Estas dos circunstancias hacen que el petróleo suba a la superficie.

Bombeo del Petróleo

Sin embargo, llega un momento en que la presión interna de la bolsa disminuye hasta un punto en que el petróleo deja de ascender solo -y, por otro lado, el gas, cada vez menor, deja de presionar sobre el crudo-, por lo que hay que forzarlo mediante bombas para que suba.  Este bombeo se realiza hasta el momento en que el coste del sistema de extracción es mayor que la rentabilidad que se obtiene del petróleo, por lo que el pozo es abandonado.

 

Inyección de Agua

Para aumentar la rentabilidad de un yacimiento se suele utilizar un sistema de inyección de agua mediante pozos paralelos. Mientras que de un pozo se extrae petróleo, en otro realizado cerca del anterior se inyecta agua en la bolsa, lo que provoca que la presión no baje y el petróleo siga siendo empujado a la superficie, y de una manera más rentable que las bombas.

Este sistema permite aumentar la posibilidad de explotación de un pozo hasta, aproximadamente, un 33% de su capacidad. Dependiendo de las características del terreno, esta eficiencia llega al 60%.

Inyección de Vapor

En yacimientos con petróleo muy viscoso (con textura de cera) se utiliza la inyección de vapor, en lugar de agua, lo que permite conseguir dos efectos:

1.) Por un lado, se aumenta, igual que con el agua, la presión de la bolsa de crudo para que siga ascendiendo libremente.

2.) Por otro, el vapor reduce la viscosidad del crudo, con lo se hace más sencilla su extracción, ya que fluye más deprisa.

Extracción en el Mar

El avance en las técnicas de perforación ha permitido que se puedan desarrollar pozos desde plataformas situadas en el mar (off-shore), en aguas de una profundidad de varios cientos de metros.

En ellos, para facilitar la extracción de la roca perforada se hace circular constantemente lodo a través del tubo de perforación y un sistema de toberas en la propia broca.

Con ello, se han conseguido perforar pozos de 6.400 metros de profundidad desde el nivel del mar, lo que ha permitido acceder a una parte importante de las reservas mundiales de petróleo.

 

 

•4.       Reservas mundiales. Producción y duración

A finales de 2003, las reservas mundiales probadas de petróleo ascendían a 157.000 millones de toneladas, equivalentes a 1,15 billones de barriles.

Por Países

El 77% de esas reservas se encuentran en los 11 países pertenecientes a la Organización de Países Productores de Petróleo (OPEP) -Arabia Saudí, Argelia, Emiratos Árabes Unidos, Indonesia, Irak, Irán, Kuwait, Libia, Nigeria, Qatar y Venezuela-. El 7,5% del total mundial se encuentra en países pertenecientes a la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico), formada por 30 países entre los que se encuentran los económicamente más potentes del mundo. El resto, un 15,6%, está repartido en los demás países del mundo (entre éstos destacan, por sus reservas, Rusia y China).
Esto quiere decir que el 86,3% de las reservas actualmente existentes de petróleo en el mundo se encuentran en esos 12 países.

 

Países del mundo con más petróleo en su subsuelo

País

Porcentaje sobre el total
de reservas mundiales

Arabia Saudí

22,9

Irán

11,4

Irak

10

Emiratos Árabes Unidos

8,5

Kuwait

8,4

Venezuela

6,8

Rusia

6

Libia

3,1

Estados Unidos

2,7

China

2,1

México

1,4

 

Fuente: BP statistical review of world energy June 2004

(Datos de 2003)

 

Por Zonas

En el siguiente gráfico se expresan las reservas mundiales de crudo por zonas geográficas:

 Es decir, que dos tercios de las reservas mundiales de petróleo se encuentran en Oriente Medio.

Sin embargo, (aunque estos datos también se incluirán en el capítulo sobre el consumo de petróleo), el porcentaje que consume cada zona no tiene nada que ver con sus reservas:

 Reservas por Zonas

 

 

Oriente Medio 63,3%

 

Europa y Eurasia 9,2% 4.2%

 

Sur y Centro América 8,9%

 

África 8,9%

 

América de Norte 5,5%

 

Asia Pacífico 4,2%

 

 

 

Fuente: BP statistical review of world energy June 2004. (Datos de 2003)

 

Zona

Reservas % s/total

Consumo % s/total

Oriente Medio

63.3

5.9

Europa y Euroasia

9.2

25.9

Sur y Centro de América

8.9

6

África

8.9

3.3

América del Norte

5.5

30.1

Asia-Pacífico

4.2

28.8

Los dos siguientes cuadros muestran la evolución de la duración de las reservas mundiales de petróleo en el mundo en el período 1981-2003 (cuadro de la izquierda) y la duración estimada de las reservas por zonas en el año 2003 (cuadro de la derecha). En 2003 descendió ligeramente la producción global de petróleo con el consiguiente aumento de la capacidad de reservas mundiales. En la última década el ratio reservas / producción de petróleo se mantuvo en términos estables, aunque con un ligero descenso (41 en 2003 y 43,7 en 1989).

 

 

 

 

 

Fuente: BP statistical review of world energy June 2004 (Datos de 2003)

 

•5.       Transporte y Mercados de Consumo

Normalmente, los pozos petrolíferos se encuentran en zonas muy alejadas de los lugares de consumo, por lo que el transporte del crudo se convierte en un aspecto fundamental de la industria petrolera, que exige una gran inversión, tanto si el transporte se realiza mediante oleoductos, como si se realiza mediante buques especiales denominados "petroleros".

Al principio de la industria petrolífera, el petróleo generalmente se refinaba cerca del lugar de producción. A medida que la demanda fue en aumento, se consideró más conveniente transportar el crudo a las refinerías situadas en los países consumidores.

Por este motivo, el papel del transporte en la industria petrolífera es muy importante. Hay que tener en cuenta que Europa occidental importa el 97% de sus necesidades -principalmente de Africa y de Oriente Medio- y Japón, el 100%.

Los países que se autoabastecen también necesitan disponer de redes de transporte eficaces, puesto que sus yacimientos más importantes se encuentran a millares de kilómetros de los centros de tratamiento y consumo, como ocurre en Estados Unidos, Rusia, Canadá o América del Sur.

En Europa, el aprovisionamiento de zonas industriales alejadas del mar exige el equipamiento de puertos capaces de recibir los superpetroleros de 300.000 y 500.000 Tm de carga, almacenamientos para la descarga y tuberías de conducción de gran capacidad.

MEDIOS DE TRANSPORTE

Aunque todos los medios de transporte son buenos para conducir este producto (el mar, la carretera, el ferrocarril o la tubería), el petróleo crudo utiliza sobretodo dos medios de transporte masivo: los oleoductos de caudal continuo y los petroleros de gran capacidad.

Los otros medios de transporte (barcos de cabotaje, gabarras, vagones cisterna o camiones cisterna, entre otros) se utilizan, salvo casos excepcionales, como vehículos de distribución de productos terminados derivados del petróleo.

En la actualidad no hay en el comercio internacional mercancía individual cuyo transporte supere en volumen o valor al del petróleo.

La ventaja del petróleo es que su fluidez permite el transporte a granel, lo que reduce los gastos al mínimo y permite una automatización casi completa del proceso. Gracias a los adelantos técnicos de hoy en día, basta en muchos casos con hacer la conexión de tuberías y proceder a la apertura o cierre de válvulas, muchas veces de forma automática y a distancia con telecontrol.

Oleoductos

Un oleoducto es el conjunto de instalaciones que sirve de transporte por tubería de los productos petrolíferos líquidos, en bruto o refinados.

El término oleoducto comprende no sólo la tubería en sí misma, sino también las instalaciones necesarias para su explotación: depósitos de almacenamiento, estaciones de bombeo, red de transmisiones, conexiones y distribuidores, equipos de limpieza, control medioambiental, etc.

El diámetro de la tubería de un oleoducto oscila entre 10 centímetros y un metro. Los oleoductos de petróleo crudo comunican los depósitos de almacenamiento de los campos de extracción con los depósitos costeros o, directamente, con los depósitos de las refinerías.

En los países que se suministran de crudos por vía marítima, el oleoducto asegura el enlace entre los depósitos portuarios de recepción y las refinerías del interior.

 

 

 

 

En la actualidad hay en el mundo más de 1.500.000 kilómetros de tubería destinados al transporte de crudos y de productos terminados, de los cuales el 70 por ciento se utilizan para gas natural, el 20 por ciento para crudos y el 10 por ciento restante para productos terminados (carburantes).

Los Estados Unidos tienen la red de oleoductos más densa del mundo. En Europa existen cinco grandes líneas de transporte de crudo que, partiendo de los terminales marítimos de Trieste, Génova, Lavera, Rotterdam y Wilhelnshaven, llevan el petróleo a las refinerías del interior. Esta red es de 3.700 kilómetros, una extensión que se queda pequeña si se compara con los 5.500 kilómetros del oleoducto del Comecón o de la Amistad, que parte de la cuenca del Volga-Urales (600 kilómetros al este de Moscú) y que suministra crudo a Polonia, Alemania, Hungría y otros países centro europeos.

Cómo funciona un oleoducto

El petróleo circula por el interior de la conducción gracias al impulso que proporcionan las estaciones de bombeo, cuyo número y potencia están en función del volumen a transportar, de la viscosidad del producto, del diámetro de la tubería, de la resistencia mecánica y de los obstáculos geográficos a sortear. En condiciones normales, las estaciones de bombeo se encuentran situadas a 50 kilómetros unas de otras.

El crudo parte de los depósitos de almacenamiento, donde por medio de una red de canalizaciones y un sistema de válvulas se pone en marcha la corriente o flujo del producto. Desde un puesto central de control se dirigen las operaciones y los controles situados a lo largo de toda la línea de conducción. El cierre y apertura de válvulas y el funcionamiento de las bombas se regulan por mando a distancia.

Una gran obra de ingeniería

La construcción de un oleoducto supone una gran obra de ingeniería y por ello, en muchos casos, es realizada conjuntamente por varias empresas. También requiere de complicados estudios económicos, técnicos y financieros con el fin garantizar su operatividad y el menor impacto posible en el medio ambiente.
El trazado debe ser recto en la medida de lo posible y, normalmente, la tubería es enterrada en el subsuelo para evitar los efectos de la dilatación. Los conjuntos de tubos se protegen contra la corrosión exterior antes de ser enterrados. Las tuberías se cubren con tierra y el terreno, tras el acondicionamiento pertinente, recupera su aspecto anterior.

 

 

Petroleros

Los petroleros son los mayores navíos de transporte que existen hoy en día en el mundo. Son inmensos depósitos flotantes que pueden llegar a medir 350 metros de largo (eslora) y alcanzar las 250.000 toneladas de peso muerto (TPM).

Actualmente se transportan por mar más de mil millones de toneladas de crudo al año en todo el mundo.

El petrolero es el medio más económico para transportar petróleo a grandes distancias y tiene la ventaja de una gran flexibilidad de utilización. Su principal característica es la división de su espacio interior en cisternas individuales, lo que permite separar los diferentes
tipos de petróleo o sus productos derivados.

 

            
Buque de extracción y almacenamiento de crudo.

 

•6.       Refino y Obtención de Productos

El petróleo, tal como se extrae del yacimiento, no tiene aplicación práctica alguna. Por ello, se hace necesario separarlo en diferentes fracciones que sí son de utilidad. Este proceso se realiza en las refinerías.
Una refinería es una instalación industrial en la que se transforma el petróleo crudo en productos útiles para las personas. El conjunto de operaciones que se realizan en las refinerías para conseguir estos productos son denominados "procesos de refino".

La industria del refino tiene como finalidad obtener del petróleo la mayor cantidad posible de productos de calidad bien determinada, que van desde los gases ligeros, como el propano y el butano, hasta las fracciones más pesadas, fuelóleo y asfaltos, pasando por otros productos intermedios como las gasolinas, el gasoil y los aceites lubricantes.

El petróleo bruto contiene todos estos productos en potencia porque está compuesto casi exclusivamente de hidrocarburos, cuyos dos elementos son el carbón y el hidrógeno. Ambos elementos al combinarse entre sí pueden formar infinita variedad de moléculas y cadenas de moléculas.

 

         

 

Procesos de Refino

Los procesos de refino dentro de una refinería se pueden clasificar, por orden de realización y de forma general, en destilación, conversión y tratamiento.

Antes de comenzar este proceso se realiza un análisis de laboratorio del petróleo, puesto que no todos los petróleos son iguales, ni de todos se pueden extraer las mismas sustancias. A continuación se realizan una serie de refinados "piloto" donde se experimentan a pequeña escala todas las operaciones de refino. Una vez comprobados los pasos a realizar, se inicia el proceso.

Destilación

La destilación es la operación fundamental para el refino del petróleo. Su objetivo es conseguir, mediante calor, separar los diversos componentes del crudo. Cuando el crudo llega a la refinería es sometido a un proceso denominado "destilación fraccionada". En éste, el petróleo calentado es alimentado a una columna, llamada también "torre de fraccionamiento o de destilación".

El petróleo pasa primero por un calentador que alcanza una temperatura de 370ºC y posteriormente es introducido en una torre, donde comienza a circular y a evaporarse. De esta forma se separan los productos ligeros y los residuos.

Los hidrocarburos con menor masa molecular son los que se vaporizan a temperaturas más bajas y a medida que aumenta la temperatura se van evaporando las moléculas más grandes.

Las fracciones más ligeras del crudo, como son los gases y la nafta, ascienden hasta la parte superior de la torre. A medida que descendemos, nos encontramos con los productos más pesados: el queroseno, gasoil ligero, gasoil pesado. En último lugar, se encuentra el residuo de fuelóleo atmosférico.

La destilación es continua: el crudo calentado entra en la torre y las fracciones separadas salen a los diferentes niveles. Esta operación, no obstante, sólo suministra productos en bruto que deberán ser mejorados (convertidos) para su comercialización, dado que los procesos de destilación no rinden productos en la cantidad ni calidad demandas por el mercado.

En cuanto a la cantidad, las fracciones obtenidas deben estar distribuidas de forma que puedan hacer frente a las necesidades de las distintas épocas del año. En invierno, las necesidades de gasóleos y fuelóleos para calefacción serán superiores a las del verano, donde prima la producción de gasolinas.

Con respecto a la calidad, las gasolinas que provienen directamente de la destilación, no responden a las exigencias de los motores, particularmente en lo que se refiere a su índice de octanos.

Conversión

Para hacer más rentable el proceso de refino y adecuar la producción a la demanda, es necesario transformar los productos, utilizando técnicas de conversión. Los principales procedimientos de conversión son el "cracking"y el "reformado".

Los procedimientos de "cracking" o craqueo consisten en un ruptura molecular y se pueden realizar, en general, con dos técnicas: el craqueo térmico, que rompe las moléculas mediante calor, o el craqueo catalítico, que realiza la misma operación mediante un catalizador, que es una sustancia que causa cambios químicos sin que ella misma sufra modificaciones en el proceso.

 

 

Recogida de líquido

 

Tratamiento

En general, los productos obtenidos en los procesos anteriores no se pueden considerar productos finales. Antes de su comercialización deben ser sometidos a diferentes tratamientos para eliminar o transformar los compuestos no deseados que llevan consigo. Estos compuestos son, principalmente, derivados del azufre.

Con este último proceso, las refinerías obtienen productos que cumplen con las normas y especificaciones del mercado. El proceso de craqueo catalítico, antes mencionado, permite la producción de muchos hidrocarburos diferentes que luego pueden recombinarse mediante la alquilación, la isomerización o reformación catalítica para fabricar productos químicos y combustibles de elevado octanaje para motores especializados.

La fabricación de estos productos ha dado origen a una gigantesca industria petroquímica que produce alcoholes, detergentes, caucho sintético, glicerina, fertilizantes, azufre, disolventes, materias primas para fabricar medicinas, nailon, plásticos, pinturas, poliésteres, aditivos y complementos alimenticios, explosivos, tintes y materiales aislantes, así como otros componentes para la producción de abonos. Las plantas de tratamiento más usuales son: MTBE, para mejorar la calidad de la gasolina, alquilación, para reducir los derivados de plomo, e isomerización, para obtener productos de alto índice de octano que son utilizados para las gasolinas.

 

PORCENTAJES DE LOS DISTINTOS PRODUCTOS REFINADOS

En 1920, un barril de crudo, que contiene 159 litros, producía 41,5 litros de gasolina, 20 litros de queroseno, 77 litros de gasoil y destilados y 20 litros de destilados más pesados.

Hoy un barril de crudo produce 79,5 litros de gasolina, 11,5 de combustible para reactores, 34 litros de gasoil y destilados, 15 litros de lubricantes y 11,5 litros de residuos más pesados.

 

DISTRIBUCIÓN DE LOS PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

Los productos derivados del petróleo alimentan no sólo a otras industrias, sino, sobre todo, a los consumidores industriales o privados. Al principio resultaba más económico situar las refinerías junto a las explotaciones petrolíferas, mientras que ahora, los progresos realizados en la técnica de los oleoductos han dado lugar a una evolución que conduce a instalar las refinerías cerca de los grandes centros de consumo.

Una vez obtenidos los derivados petrolíferos, las empresas deben distribuir sus productos a los clientes. En general, estos productos salen de las refinerías a granel, aunque algunos se envasan en latas o bidones, listos para su uso. Los grandes consumidores, como las eléctricas o las industrias químicas, reciben el suministro directamente de la refinería, por oleoducto o por carretera. Los consumidores de menos cantidades son abastecidos, generalmente, desde centros de almacenamiento y distribución.

Aunque los derivados del petróleo forman una gama muy variada, el 90% de ellos se destinan a satisfacer las necesidades energéticas del mundo. Es decir, estamos hablando de los combustibles.

Principales productos derivados del petróleo

  • Gases del petróleo (butano, propano)
  • Gasolinas para automóviles (sin plomo, de 98 octanos)
  • Combustibles para aviones (alto octanaje, querosenos)
  • Gasóleos (para automóviles, para calefacción)
  • Fuelóleos (combustible para buques, para la industria)

Otros derivados

  • Aceites (lubricantes, grasas)
  • Asfaltos (para carreteras, pistas deportivas)
  • Aditivos (para mejorar combustibles líquidos y lubricantes)

 

 

PROCESO DE REFINO DE PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

 

 

 

•7.       Almacenamiento

Para evitar cortes o problemas en el proceso de suministro de petróleo y con el fin de asegurar un abastecimiento abundante y regular de las industrias y de los consumidores, son necesarias grandes instalaciones de almacenamiento o depósito, bien sea en los terminales, en los puertos o en las mismas refinerías.

El almacenamiento debe quedar asegurado en cada etapa del camino recorrido por el petróleo, desde el pozo de extracción hasta el surtidor de gasolina o la caldera.

TIPOS DE ALMACENAMIENTO

Almacenamiento del crudo

Una refinería no se abastece normalmente directamente a partir del yacimiento de petróleo, dado que en entre uno y otro punto suele producirse un transporte intermedio por buque cisterna (petroleros) o por oleoducto. Por ello, el crudo (petróleo bruto) se almacena tanto en el punto de embarque como en el del desembarque. Las capacidad de este almacenamiento de cabeza de línea suele contener un stock de petróleo bruto de cinco días como media, que garantice la carga de los petroleros que llegan al puerto o, en su caso, los métodos de explotación de los oleoductos.

Almacenamiento en la refinería

Las refinerías disponen de numerosos depósitos al comienzo y al final de cada unidad de proceso para absorber las paradas de mantenimiento y los tratamientos alternativos y sucesivos de materias primas diferentes. Asimismo, para almacenar las bases componentes de otros productos terminados que se obtienen a continuación por mezcla, y para disponer de una reserva de trabajo suficiente con el fin de hacer frente a los pedidos y cargamentos de materia prima que les llegan.

 

 

   

 

 

•8.       Petroquímica: Transformación de Productos Derivados

Del petróleo se obtienen determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que acaban en una amplia gama de productos denominados petroquímicos, que después se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras.

La conversión de hidrocarburos en productos químicos se llama petroquímica y es una de las piedras angulares de la industria y la tecnología actual. Esta industria ha hecho posible muchos de los productos que hoy se consideran normales y necesarios, como las computadoras, tejidos, juguetes irrompibles...

La utilización del petróleo y el gas natural como fuentes de productos petroquímicos ha sido posible gracias al desarrollo de técnicas de transformación de su estructura molecular. El crecimiento de la demanda de los productos petroquímicos se ha debido al desplazamiento de las materias primas tradicionales por las nuevas materias sintéticas:

Industria textil: Fibras sintéticas que suplen a la lana y el algodón.

Industria del caucho: nuevos productos con iguales propiedades y a veces superiores a las del caucho natural.

Industria de envases y embalajes: el polietileno como alternativa al cristal y al celofán, plásticos para la construcción, por su gran resistencia a la corrosión y a las inclemencias del tiempo, por su ligereza y flexibilidad.

 

 

ETAPAS DEL DESARROLLO PETROQUÍMICO

1.) Fabricación de materias de base o productos de primera generación. Partiendo del petróleo y del gas natural, se obtienen diversos productos básicos que son los pilares de la petroquímica. Los dos grupos más importantes son las olefinas y los aromáticos.

2.) Introducción de átomos de ciertos componentes (oxigeno, nitrógeno y azufre) en los productos básicos, para obtener productos de segunda generación (productos intermedios).

3.) Elaboración de productos de consumo. Conjugando los productos básicos e intermedios. Su diversidad es asombrosa y alcanza una casi infinita variedad de productos habituales de consumo (fibras, cauchos, plásticos, detergentes, pinturas, barnices, abonos, anticongelantes, perfumes, explosivos, aislantes, alimentos, etc.).

Materias de Base

Las principales materias de base o cadenas petroquímicas son las del gas natural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromáticos.

Para obtener estas materias la industria petroquímica utiliza los procedimientos del "cracking" o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras, y el "reformado" o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo.

  • Para obtener estas materias la industria petroquímica utiliza los procedimientos del "cracking" o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras, y el "reformado" o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo.
  • Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, óxidos de etileno, monómeros de estireno entre otros que tienen aplicación en plásticos, recubrimientos, moldes, etc.
  • Del propileno se producen compuestos como alcohol isopropílico, polipropileno y acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la industria de solventes, pinturas y fibras sintéticas.
  • Por deshidrogenación de butenos, o como subproducto del proceso de fabricación de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc.
  • Una cadena fundamental en la industria petroquímica se basa en los aromáticos (benceno, tolueno y xilenos). El benceno es la base de producción de ciclohexano y de la industria del nailon; así como del cumeno para la producción industrial de acetona y fenol. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroquímicas, principalmente las de las fibras sintéticas.

 

PRODUCTOS TERMINADOS

La inmensa variedad de productos terminados de la Petroquímica puede clasificarse en cinco grupos:

  • Los plásticos.
  • Las fibras sintéticas.
  • Los cauchos sintéticos o elastómeros.
  • Los detergentes
  • Los abonos nitrogenados

 

 

Plásticos

El nombre común de plásticos se debe a la propiedad que tienen de ser deformables por plasticidad (frente a la elasticidad), bajo la influencia del calor, la presión o de ambos a la vez.

Este término abarca productos que difieren entre sí por su estructura química, sus propiedades físicas, sus aplicaciones prácticas y sus procesos de fabricación.

Hay tres grandes familias de plásticos: los termoplásticos, los termoendurecibles y los poliuretanos.

 

Aplicaciones de los plásticos derivados del petróleo

Termoplásticos
(aproximadamente el 50% del
consumo de plásticos
del mundo)

Películas fotográficas, bolsas, papel de envasar, tuberías,
canalizaciones, construcción en general, embalajes, muebles,
juguetes, aislamientos, electrónica, PVCs para revestimientos,
tuberías, válvulas, flores artificiales, botas, etc.

Termoendurecibles

Aislamientos eléctricos, paneles decorativos, utensilios
domésticos, etc.

Poliuretanos

Productos con apariencia de vidrio, espumas extraligeras...

 

Fibras Sintéticas

Las fibras sintéticas se obtienen por hilado de sustancias fundidas. La primera que se comercializó fue el nailon, en 1938. Desde entonces, el aumento de la demanda no ha dejado de crecer. Por su volumen, representan la segunda materia en importancia de la Petroquímica, tras los plásticos.

 

Aplicaciones de las fibras sintéticas

Poliamidas

Lencería fina, alfombras, cortinas, trajes de baño,
recubrimiento interior de neumáticos...

Poliéster

Trajes, corbatas, impermeables, visillos, alfombras...

Acrílicas

Sustituyen a la lana: ovillos y moquetas, entre otros usos.

 

 

Caucho sintético y elastómeros

Es el suministrador principal de la industria del automóvil, en un elemento tan fundamental como los neumáticos. También se emplean, en algunas de sus variedades, para los calzados y para la construcción de recubrimientos de terrazas y tejados.

Detergentes

Son productos solubles en el agua, cuya propiedad fundamental consiste en poder modificar la tensión superficial de los líquidos en los que se encuentra, disminuyendo o eliminando la suciedad contenida en ellos. Sus usos principales están centrados en el hogar, en forma de polvos, escamas o líquidos que sirven para lavar la ropa y la vajilla. Para suprimir sus efectos contaminantes en las aguas residuales, los detergentes se fabrican ahora a base de productos biodegradables, que son rápidamente destruidos por los microorganismos que viven en los ríos.

Abonos

La agricultura, que hasta hace poco sólo utilizaba el estiércol natural, ha sufrido una gran revolución gracias a la química. El ácido sulfúrico, los fosfatos y la síntesis del amoniaco, han puesto en circulación una gama muy amplia de abonos químicos que mejoran el rendimiento de la agricultura. La petroquímica, mediante el suministro de hidrógeno a bajo precio para la producción de amoniaco, contribuye a promover el empleo masivo del nitrógeno asimilable en sus tres variantes: nitratos, sulfatos y urea y la infinidad de abonos complejos.

Además, la petroquímica proporciona a la agricultura productos fitosanitarios tales como herbicidas, fungicidas e insecticidas

 

   

 

Petroquímica. Diagrama de procesos

 

•9.       Gases licuados del petróleo. El gas natural

El proceso del refino del crudo de petróleo proporciona, entre otros muchos productos (gasolinas, gasóleos, aceites, etc.), los denominados gases licuados del petróleo, entre los que destacan el butano y el propano por su importancia en el consumo industrial y, sobre todo, doméstico.

También hay gases licuados que se extraen del propio yacimiento en forma de gas y que han de ser tratados en una planta de licuefacción para convertirlos en productos líquidos. Una vez líquido, este gas es transportado, generalmente, en buques que los trasladan a los mercados de consumo, donde se realiza la operación inversa: nueva gasificación, para su consumo en la industria y en los hogares en forma de gas natural.

Los gases licuados son extraídos de los hidrocarburos del crudo que tienen las moléculas más pequeñas y más ligeras. Esto se produce durante el proceso de destilación, la primera de las etapas del refino del petróleo.

El gas natural que se obtiene principalmente en baterías de separación está constituido por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos.

Su procesamiento consiste principalmente en:

  • La eliminación de compuestos ácidos (H2S y CO2) mediante el uso de las tecnologías adecuadas. El gas alimentado se denomina "amargo", el producto "gas dulce" y el proceso se conoce generalmente como "endulzamiento".
  • La recuperación de etano e hidrocarburos licuables, previo proceso de deshidratación para evitar la formación de sólidos.
  • Recuperación del azufre de los gases ácidos que se generan durante el proceso de endulzamiento.
  • Fraccionamiento de los hidrocarburos líquidos recuperados, obteniendo etano, propano, butanos y gasolina; en ocasiones también resulta conveniente separar el isobutano del n-butano para usos muy específicos.

 

GAS NATURAL

Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de forma natural en la Tierra, desde los constituyentes del a

SINTESIS Y NOMENCLATURA DE HIDROCARBUROS

  

RESUMEN
                  Los hidrocarburos son sustancias que contienen en su estructura carbono e  hidrógeno. Su nomenclatura depende de la cantidad de carbono presente en las cadenas y del tipo de enlace mediante el cual se unen entre ellos; este enlace puede ser simple, doble o triple. Así tenemos alcanos, alquenos y alquinos  que constituyen cadenas normales o ramificadas, alicíclicas o cíclicas. Asimismo, se pueden formular radicales con nombres específicos que dependen a su vez, del número de carbonos, el tipo de enlaces que conforman la cadena y el número de enlaces libres, ya sea en un mismo u otro carbono ubicado en los extremos, pudiéndose utilizar, para nombrarlos  sufijos como il. ileno, ilideno, etc. A continuación se presentan ciertas reglas para facilitar la nomenclatura y formulación de hidrocarburos, acompañados de ejemplos sencillos. 
 

INTRODUCCIÓN

     Este trabajo recoge el producto de muchas horas de esfuerzo en la enseñanza de los temas de Química Orgánica en las aulas del Instituto Superior Pedagógico "Hno. Victorino Elorz Goicoechea" de Sullana. Cada uno de los ejercicios propuestos han sido presentados y discutidos con mis alumnos y  alumnas de la especialidad de Ciencias Naturales de los ciclos IV  y V de las promociones  2007 y 2009, quienes con mucho esmero plantearon y resolvieron diversos ejercicios que ahora son parte de este sencillo trabajo, que espero ayude a otros/as estudiantes en la gran tarea  de aprender algo del vasto campo de la Química Orgánica. También espero sirva  de ayuda a los docentes de Ecosistema de las diferentes instituciones educativas para hacer más amena y sencilla la difícil tarea de la enseñanza.

         En este trabajo se resume brevemente  la manera cómo se nombran los diferentes hidrocarburos en función a las recomendaciones de la IUPAC; no pretende ser un tratado de Química Orgánica, sino sólo una mirada a la nomenclatura y formulación de estos compuestos, presentada en forma de "consejos" o reglas numeradas acompañadas de ejemplos fáciles de nombrar de acuerdo a tales reglas, para facilitar su comprensión.

 

A) HIDROCARBUROS LINEALES    

I.- El átomo de carbono en los compuestos orgánicos presenta siempre cuatro electrones libres para compartir, es decir puede formar, 4 enlaces covalentes con otros átomos de carbono u otro cualquiera, de la siguiente manera:

 

                           |                                                                                                       

                      - C -                            ═ C ═                             - C ≡

                           |                                                                             

 

II.-  Los átomos de carbono se pueden unir a otros átomos de carbono formando cadenas. Frecuentemente, pueden formarse cadenas hasta de cien carbonos porque cadenas mayores  se debilitan y  se rompen, aunque pueden hallarse algunas superiores a este número.

III.-  Las cadenas carbonadas, también pueden incluir átomos diferentes, como por ejemplo oxígeno, nitrógeno, azufre y otros:

 

                        CH3-O-CH2-CH3                      CH3-NH-CH3 

                                     

 IV.- Para nombrar a los hidrocarburos se utilizan prefijos que indican el  número de carbonos y dependiendo del tipo de enlace que presenten se usan sufijos tales como:

 

                        Alcanos: terminación  "ano"  ( Sólo enlaces simples)

 

                         Alquenos: terminación  "eno"( Por lo menos un enlace doble)

 

                         Alquinos: terminación  "ino " ( Por lo menos un enlace triple)

 

        Los prefijos a utilizar, aparecen en la siguiente tabla, de acuerdo al número de átomos de carbono[1]:

 

PREFIJO

PREFIJO

PREFIJO

01

META

20

ICOSA

60

HEXACONTA

 02

ETA

21

HENICOSA

61

HENHEXACONTA

03

PROPA

22

DOCOSA

65

PENTAHEXACONTA

04

BUTA

30

TRIACONTA

70

HEPTACONTA

05

PENTA

31

HENTRIACONTA

71

HENHEPTACONTA

06

HEXA

32

DOTRIACONTA

76

HEXAHEPTACONTA

07

HEPTA

40

TETRACONTA

80

OCTACONTA

08

OCTA

41

HENTETRACONTA

83

TRIOCTACONTA

09

NONA

43

TRITETRACONTA

86

HEXAOCTACONTA

10

DECA

50

PENTACONTA

90

NONACONTA

11

UNDECA

51

HENPENTACONTA

91

HENNONACONTA

12

DODECA

54

TETRAPENTACONTA

100

HECTANO

 

                  NOTA: Los cuatro primeros prefijos son arbitrarios y los demás en su mayoría son griegos.

             El prefijo pierde la "A" final y se agrega el sufijo correspondiente:

 

 

V.-  Las fórmulas de los hidrocarburos se pueden representar así:

       Fórmulas Desarrolladas, cuando cada átomo de carbono presente en una cadena conserva "visibles" sus respectivos enlaces y estos pueden estar ligados a otro carbono, hidrógeno u otros átomos:

                          H                                  H     H   H

                           |                                    |      |     |                                                       

                    H-C-H                      H-C-C-C-H                              

                           |                                    |      |     |                                                 

                          H                                  H     H   H

 

                                Metano                                Butano

 

      Fórmulas Semidesarrolladas, cuando cada átomo de carbono va unido a un "paquete" de hidrógeno u otros, pero se puede verificar  sus respectivos  enlaces:

                                                                              

                                 H-CH3                            H3C-CH2- CH3 

                            

                                  Metano                                    Butano

 

       Fórmulas Globales, cuando sólo se representa la cantidad total de carbono e hidrógeno presentes en la molécula. Concuerda directamente  con la fórmula general:

 

                             CH4                                      C3H8 

                            

                             Metano                                Butano

 

                       Las fórmulas más utilizadas son las semidesarrolladas.

 

VI.- Para nombrar  una cadena que posee un doble o triple enlace se enumera la cadena empezando por el extremo más cercano al enlace doble o triple.

            5           4              3          2           1

      CH3-CH2-CH=CH-CH3                                   2-Penteno

           1            2        3            4             5

      CH2-CH═CH-CH2-CH3                                                              2-Penteno

 

         CH3-CH2-CH2-C ≡  CH3                                      1-Pentino  o  Pentino                                                       

 

VII.- Cuando la cadena carbonada presenta uno o más dobles y triples enlaces, se le   denomina  "alquenoino":

              

                           CH≡C- CH2- CH═CH2

 

         Para nombrarlo, se numera la cadena por el extremo más cercano a la insaturación. Si  hubiera  opción,  se  da  preferencia   al  doble   enlace.  Se menciona primero el doble enlace(sin la o) y luego el triple, considerando las posiciones respectivas:

                             1        2         3     4           5         6

                            CH2=CH- C≡C- CH=CH2                         1,5-hexadien-3-ino

                              5     4         3              2        1    

                            CH≡C- CH2- CH=CH2                               1-penten-4-ino

 

VIII.- Si en la cadena se presentan más de un doble o triple enlace, se colocan  prefijos tales como: Di (2),  tri (3),  tetra (4)...,   según el número de enlaces dobles o triples que presenta. :

 1        2       3         4          5           

CH2=CH-CH=CH-CH3                                                                                 1, 3-pentadieno

 20            19              12    11        10                 3     2       1      ¨

CH3-(CH2)7-C≡C-(CH2)7-C≡C-CH3                              2, 11-icosadiino

 

CH2=CH-CH2 -CH2-CH2-C≡C-CH=CH-CH3      1,8- Decadien-6-ino                                                                                                               

                      

B) HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS

IX.- Cuando un sistema de hidrocarburos  presenta cadena cerrada (alicíclicos) se nombran como los hidrocarburos lineales (acíclicos) anteponiendo la palabra Ciclo:                   

 

 

                                                                                             

         De manera abreviada se pueden representar con figuras geométricas, así:

 

 

           Cuando  los ciclos  tienen muchos átomos de carbono; éste sufre fuerzas internas, deformándose:          

 

 

C.- HIDROCARBUROS PUENTEADOS

X.- Cuando los hidrocarburos cíclicos presentan dos anillos, se conocen como hidrocarburos puenteados. Para nombrarlos, deben ubicarse en  primer lugar   las cabezas de puente, así:

     

 

XI.-  Luego, se cuentan los carbonos partiendo de la cabeza de puente "a" hasta la cabeza de puente "b", siguiendo, desde la ruta más larga hasta la más corta.Se escribe la palabra  biciclo, seguida del nombre del hidrocarburo base, de acuerdo al número de carbonos.  Así:

 

 

 

XII.- Entre paréntesis se escriben los números de carbonos que contienen las respectivas rutas, primero la más larga, luego la siguiente y por último la menor, que puede no contener carbonos:

 

 

          Puede, que en una de las rutas no exista un carbono intermedio que una las cabezas de puente.  En ese caso, se coloca el número cero.  Así :

 

 

D.- NOMENCLATURA DE  RADICALES

XIII.- Cuando  los alcanos pierden  hidrógeno, se constituyen en radicales alquilo, los que se nombran cambiando  la terminación "ano" del correspondiente alcano  por "il" o "ilo"; Ej:

 

                       CH3-CH3                                                                        Etano                       

                       

                        CH3-CH2-                                      Etil

     

                        Los siguientes son:

 

                      CH3-CH2-CH2-                                                   Propil

 

        CH3 -CH2-CH2 -CH2-             Butil

                             

       CH3-CH2-CH2 -CH2 -CH2-    Pentil   :          

 

  • XIV.-Cuando a un alcano se le disminuye 2 hidrógenos en un mismo extremo, se cambia la terminación "il" por "ilideno". Ej. :

Etilideno            :     CH3-CH═

 

Propilideno        :     CH3-CH2-CH═ 

 

Butilideno          :     CH3-CH2-CH2 -CH═

 

Pentilideno        :     CH3 - CH2-CH2-CH2-CH═

 

Hexilideno         :     CH3-CH2-CH2-CH2-CH2 -CH

 

 

  • XV.- Cuando a un alcano se le disminuye en un extremo 3 hidrógenos se le asigna la terminación "ilidino". Ej. :

Etilidino             :     CH3-C≡ 

 

Propilidino         :     CH3-CH2-C≡

 

Butilidino           :     CH3-CH2-CH2-C≡ 

 

Pentilidino         :     CH3-CH2-CH2-CH2-C 

 

Hexilidino          :     CH3 -CH2-CH2 -CH2-CH2-C≡   

 

XVI.- En los alquenos y alquinos,  se forman radicales parecidos a los casos anteriores y se nombran agregando la terminación "enil" o "inil", según convenga, como en los ejemplos que siguen:

 

2-Etenil (vinil)     :     CH2═CH-

 

2-Propenil (alil)   :     CH2═CH -CH2 -

 

Butenil                   :   CH2═CH-CH2-CH2-

 

Pentenil                 :   CH2═CH-CH2-CH2-CH2-

 

XVII.- Cuando en  ambos carbonos del extremo se  disminuye un hidrógeno cambia la terminación "il" por "ileno" o "ilino" :

 

Dimetileno         :     -CH2-CH2-

 

trimetileno         :     -CH2-CH2-CH2-

 

Butenileno         :     -CH═ CH-CH2-CH2

 

Pentenileno       :     -CH═CH-CH2 -CH2-CH2

 

Hexinileno         :     -C≡C-CH2-CH2-CH2-CH2-

 

XVIII.- Cuando a un alqueno  o alquino se le disminuye 2 ó 3 hidrógenos en un solo extremo, la terminación que se les da es "ideno" o " idino" según convenga:

        

Etenilideno              :  CH2═ C═

 

2-Propinilideno   :     CH ≡C-CH═

 

3-Butenilidino           :  CH2═ CH-CH-C

 

4-Pentinilideno      :  CH≡C-CH-CH -CH═            

                                                      

E.- HIDROCARBUROS CON CADENAS RAMIFICADAS

XIX.- Los hidrocarburos  pueden presentar radicales de tipo alquilo (u otras ramas). Así:

 

 

 

XX.- Para nombrar cadenas ramificadas se escribe el nombre de la cadena principal (la más larga) y luego se indica la posición y los nombres de los radicales. Para ello se

enumeran partiendo del extremo más cercano al radical. Como se observa:

       

 

 

XXI.- Si la cadena presenta 2 a más radicales, el orden alfabético prima:

 

XXII.- El orden alfabético no se considera en prefijos de cantidad, excepto entre ellos mismos: Ej. :

                                                                                      

 

 

XXIII- Los hidrocarburos acíclicos ramificados insaturados (doble o triple enlace) se nombran como derivados de la cadena principal que contiene el máximo número de enlaces dobles y/o triples. Cuando hay posibilidad de elección, se sigue la siguiente prioridad  descendente:   La   cadena   con   más átomos de carbono; la cadena que contiene más enlaces dobles[2];  la más ramificada...( Investigue  otros casos)

 

6- Butil -6-(1-etil-1-metilbutil)-4,5,9-trimetildodecano

 

Nota: Habrá notado que las cadenas laterales también pueden contener ramas; en este caso se numeran como cadena independiente,  empezando por el enlace libre (-)

Veamos otro ejemplo:

                                  

 

                     El nombre correspondiente es:

8-(1-etil-1-metilpropil)-5-(1-metil-2-butenil)-3,4,7-trimetilundecano

 

NOTA:Para identificar la cadena principal se opta por aquella que  posee  más enlaces dobles; pero hay dos opciones. Debido a esto se opta por la que tenga más átomos de carbono; nuevamente notamos que hay opción, entonces nos decidimos por aquella que contiene más cadenas laterales.

 

XXIV.- Cuando el ciclo pierde un hidrógeno se convierte en un radical. Así:

 

 

XXV.- Para nombrar  a  un hidrocarburo cíclico ramificado, se enumera la cadena principal, empezando  por el radical, en  el caso de no haber insaturaciones; si ocurriera esto último, la numeración más baja recae en el enlace doble ( o triple en casos poco frecuentes).

 

 

 

XXVI.- Cuando el número de carbonos de la cadena lateral es mayor que los presentes en el anillo, se prefiere considerar como radical al anillo, salvo otras características presentes en el sistema que obligue a buscar la mejor opción:

 

 

 

XXVII.- En las cadenas que presentan más de dos ciclos como radicales, se utilizan prefijos tales como: di, tri, tetra, ...

 

 

 

XXVIII.- En el caso, que la cadena presente dos ciclos unidos por enlace simple o doble, uno de ellos se presenta como la cadena principal y el otro como radical. Así:

 

 

                              

F.- HIDROCARBUROS HALOGENADOS

XXIX.- Un Halogenuro de alquilo, Haluro de alquilo o  hidrocarburo halogenado contiene por lo menos un átomo de la familia de los halógenos( F, Cl, Br, I ). Para nombrarlos, se cita primero el halógeno y luego el hidrocarburo, anteponiendo los prefijos de cantidad correspondientes, como son: Di, bi, tri, etc. :

 

 

CH3- CH2 - CHBr- CH2 - CH2-CH                         3 - Bromohexano

 

CH3 -CHCl -CH2 - CHCl-  CH2 -  CH2- CH3                  2, 4 - Dicloroheptano

 

CH2Cl2                                                                         Diclorometano.

 

XXX.- Si en una cadena hubiesen diferentes halógenos, estos se nombran por orden alfabético:

 

                           CH3-CHBr-CH2 -CHCl -CHCl - CH

 

                               2- Bromo- 4,5- Diclorohexano

                              

 

XXXI.- Si en la cadena hubieran un doble y/o un triple enlace, además de un halógeno, los primeros  tienen la prioridad:

 

 

G.- EJERCICIOS DE NOMENCLATURA:

       Escriba el nombre o nombres de:

  • 1. C H4

  

  • 2. C 90H178

 

  • 3. C3 H6

 

  • 4. C4H4

 

  • 5. C5 H11-

       

  • 6. C3 H4

 

  • 7. C20 H38

   

  • 8. C20 H30

 

  • 9. C31 H64

   

  • 10. C20 H42

 

  • 11. C32 H60

    

  • 12. C10 H20

 

  • 13. H3C- CH2- CH2- CH3

 

  • 14. HC ≡ C- (CH2)7 - CH3

 

  • 15. H3C- CH2- CH2- CH2 -

 

  • 16. H3C- (CH2)2- C ≡ C - (CH2 )5 - C ≡ CH

 

  • 17. H3C- (CH2)3- CH3

 

  • 18. H3C- C ≡ C- CH ═CH - C≡CH

 

  • 19. ═HC- (CH2)4- CH3

                                                               

  • 20. H3C- (CH2)5 - CH═CH- CH3

 

  • 21. HC ≡ C- (CH2)8- C ≡ C- (CH2)5- CH═

 

  • 22. -H2C- (CH2)10 - C ≡C

 

  • 23. H2C═CH- (CH2)3- CH═CH2

 

  • 24. H C ≡ C-

 

  • 25. CH3- ( CH2)3 - C ≡ C - (CH2)3- CH═CH - ( CH2 )3 - CH═CH2

 

  • 26. CH3 - C≡C - CH2- CH═CH - ( CH2)2 - C ≡ C - CH═CH - CH2 - CH3

 

  • 27. CH3 - ( CH2)4 - C≡ C - (CH2)6- C ≡ C - (CH2 )3 - CH3

 

  • 28. HC≡C- ( CH2)3 - C≡C - (CH2)2 - CH═CH- ( CH2 )4 - CH═CH2

  

  • 29. H2C═CH - (CH2)3 - C≡C - (CH2)3 - CH═CH - ( CH2 )2- CH3

  

  • 30. H2 C = CH- (CH2)4 - CH═CH - (CH2)3 - C≡C- (CH2 )3 - C≡CH

 

  • 31. CH3- CH2- CH2- CH2- CH- CH2- CH2- CH2- CH2- CH3

                                                         ‌

                                                           CH

 

  • 32. CH3 - CH - CH2 - CH2 - CH3

                                             ‌

                                           CH2

                                            ‌

                      CH3 - CH- C  - CH3                              

                                            ‌

                                           CH- CH2- CH- CH2- CH2- CH3

                                            ‌

                                           CH

                                                              ‌

                                           CH - CH3

                                            ‌

                                          CH2                              

                                            ‌

                                                                CH2 - CH2- CH- CH2- CH 

                                                               ‌              

                                                                                                CH2       

                                                               ‌                                                                                                                                                                                            

                                                             CH3

                                     

  • 33. CH2 - CH2 - CH2 - CH3
  • CH2
  • CH2═CH - C - CH3
  • CH2
  • CH - CH═CH - CH2 - CH3
  • CH2
  • CH3
  • 34. CH3 - CH - CH2 - CH3
  • CH2
  • CH2═CH - C - CH3 CH3
  • CH2 CH2
  • CH3 - CH2 - C - CH2 - CH2 - CH - CH2 - CH3
  • CH2 - CH2 - CH═CH - CH2- CH3
  • 35. CH2 - CH ═CH - CH3
  • CH3 - CH
  • CH3 - CH2 - C - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
  • CH - CH2 - CH2 - CH - CH3
  • CH2 CH3
  • CH - CH ═CH - CH2 - CH2 - CH3
  • CH2
  • CH3 -CH2 -C -CH═CH2
  • CH2
  • CH3
  • 36. CH2═C - CH2- CH3
  • CH3 - CH
  • CH2═CH - C - CH2 - CH2 - C≡C - CH2 - CH2 - C≡C - CH3
  • CH- CH3
  • CH3
  • 37. CH2═CH - C - CH═CH - CH2 - CH3
  • ll
  • CH CH3
  • CH≡C - C - CH2 - CH2 - CH - CH3
  • CH - C≡C - CH2 - CH2 - C≡CH
  • CH2
  • CH3
  • 38.

 

  • 39.

 

  • 40.

 

  • 41.

 

  • 42

 

  • 43.

 

44.                                                        CH2Br                

                                                              ‌                             

                                                   CH3 - C  - C≡C - CH2 - CH  

                                                                               ‌                             

  • CH3 - C - CH3
  • CH2 - CH3

45.          

 

 

 

46.                                                                   

 

47.          

 

 

48. 

 

 

 

49.

 

  50.         

                    

     

                                                                                                                                            

   SI HAS LLEGADO HASTA AQUÍ SIN ERRORES, SIGUE ADELANTE; EN

CASO CONTRARIO

REVISA, ANTES DE AVANZAR.[3]

      (Consulta el solucionario)

H.- SOLUCIONARIO  (Ej. G)

  • 1. Metano.
  • 2. Nonacontino*.

    Nonacontadieno.

          Ciclononacontano

  • 3. Propilideno.
  • 4. Butatrieno*
  • 1-Buten-3-ino

    Ciclobutadieno

  • 5. Pentilo.
  • 6. Propino*
  • Ciclopropeno.

     Propadieno

  • 7. Icosino*.

Icosadieno.

  • Cicloicoseno.
  • 8. Cicloicosapenteno*.
  • Icosadiendiino
  • Icosatriino
  • Icosatetrenino

    Icosahexeno

9 .Hentriacontano.

10. Icosano

  1. Dotriaconteno*.
  • Ciclodotriacontano.
  1. Deceno*.
  2. Butano
  3. 1-Decino.
  4. Butilo
  5. 1,8-Dodecadiino
  6. Pentano

                                   (*)No se ha considerado la ubicación de las instauraciones.                                          

 

  1. 3-Hepten-1,5-diino
  2.  Hexilideno
  3. 2-Nonadeceno
  4. 7,17-Octadecadiinilideno.
  5. 1-Tridecinileno
  6. 1,7-Heptadecadien-11,16-diino
  7.  Etinil.
  8. 1,6-Hexadecadien-11-ino
  9. 5,11-Tetradecadien-2,9-diino.
  10. 5,13- Nonadecadiino.
  11. 1,6-Heptadieno
  12. . 1,11-Pentadecadien-7-ino
  13.  1,7-Octadecadien-12,17-diino.
  14. 5-Metildecano
  15. 2,10- dietil-7,10,12- trimetil - 9-pentilpentadecano.
  16. 5-Etil- 3- metil- 3-pentil-1,6-nonadieno.
  17. 5-Etil-3-metil-3-2'-metilbutil-5-3'-etilpentil-1,8-undecadieno.
  18. 6-Butil-6-Etil-9-2',2'-dietil-3'-butenil -5-metil-7-3'-metilbutil- 2,10-tetradecadieno
  19. 2-Etil-3-metil- 4-(1-metiletil)-4-vinil -1-tridecen-7,11-diino.
  20. 8-Etenil-7-etil-8-(3-metilbutil)-10-vinil-9,11-tetradcadien-1,5-diino.
  21. 1,4-Ciclohexadieno.
  22. 1-Butil-1,4-Ciclohexadieno.
  23. 1,1-Dietilciclopentano 
  24. 3-Ciclopentilpentano
  25. 1-2',5'-ciclohexadienil-2,5-ciclohexadieno.

1,1-Bis(2,5-cilohexadienil)

1,1'-Bis(2,5-ciclohexadieno)

  1. 2,5-Ciclohexadienilideno.
  2. 1-Bromo-2-metil-2-1',1'-dimetilpropil-3-hexino.
  3.   5,6-Dicloro-4,8,12-trimetil-8-pentil-8- propiltridecano 
  4.   4,4 - Bis (1, 1-dimetiletil) -2 - metiloctano
  5.   1,5, 7,10,10-Tetrametiltridecano.
  6.    8- (1-etil -1- metilbutil) -5 - (1- metilbutil) -3,4,7 -trimetilpentadecano .

49.   3- Butil-3-metil-1,4-hexadieno.

50.   3-Etinil-2-hexen-1-ino

 

 


 

[1] DEAN,Jhon A.(1990) Lange manual de química I .Pp. 2-56

 

¨   Se pueden reunir los grupos   -CH2-   entre paréntesis.

 

[2] DEAN,Jhon A.(1990) Lange manual de química III .Pp. 7-6

 

 

 

[3] Propuestos por J.del C. Mondragón en el ISPP."HVEG"-Sullana.

 

 

 

 

 

 

 

 

CARBONO ANALISIS DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS

 

CARBONO. ANÁLISIS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Carbono

            El carbono desde muy antiguo, tiene por símbolo en la tabal periódica C; de peso atómico 12, esta colocado en el lugar seis de la clasificación periódica; este numero atómico nos indica que la carga de su núcleo es: Z = 6, y, por lo tanto esta rodeado de los mismos números de electrones dispuestos, forma combinaciones en la que las uniones se efectúan por enlace covalente.

Estado del carbono:

            El carbón elemental, se presenta en dos formas alotrópicas: diamante y grafito, impurificado forma los carbones naturales, antracita, hulla, lignito y turba.

            El diamante es carbón fino cristalizado, es transparente y cristaliza en el sistema regular en formas octaédricas con  caras curvadas. Los cristales del diamante están formados por una red de cubos centrados de manera que cada átomo de carbono se encuentra rodeado por cuatro átomos con los cuales se une por covalencia y esta unión fuerte explica la dureza del diamante.

            El grafito es un estado alotrópico que presenta caracteres muy diferentes al diamante. Es de color gris oscuro, brillante y muy blando que tizna los dedos, siendo buenos conductos de la electricidad. Cristaliza en el sistema hexagonal y es exfoliable. La estructura del grafito explica sus propiedades; está constituido por una red plana de átomos de carbono formando hexágonos, donde un átomo se une tres que le rodean por covalente; quedan así electrones casi libres que son la casusa de la conductividad eléctrica del grafito.

Los compuestos de carbono tiene generalmente, hidrogeno y oxigeno, y con mucha frecuencia nitrógeno; menos corriente es la presencia de los halógenos: cloro, bromo y yodo, y del azufre y fosforo; finalmente; hay elementos que forman parte de las sustancias orgánicas muy rara vez, y alquinos jamás se han encontrado en ellas.

Análisis cualitativo elemental

Es aquel que se propone conocer la calidad y la naturaleza de los compuestos. Una vez puro el compuesto, se caracteriza identificando sus elementos.

Por lo general, los elementos no se hallan presentes en los compuestos orgánicos en forma iónica, de manera que los métodos de análisis orgánico incluyen comúnmente, como primer paso, alguna operación mediante la cual se descomponga la molécula orgánica y sus elementos se conviertan en compuestos inorgánicos simples.

Para identificar un compuesto orgánico además de los datos de sus constantes físicas es de bastante utilidad conocer su composición elemental, debida a la existencia de compuestos diferentes con propiedades físicas muy semejantes.

Los elementos que se encuentran con más frecuencia en los compuestos orgánicos son: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, halógenos y fósforo. La identificación de estos elementos puede realizarse por varios métodos, algunos de los cuales pueden hacerse cualitativamente.

 

El método mas frecuente usado en el análisis cualitativo es el de la fusión alcalina, en dicho método se convierte en los elementos en sales sódicas orgánicas.

Dos sustancias pueden presentar grandes diferencias entre sus propiedades fisicoquímicas a causa de su naturaleza química (átomos que la constituyen, tipos y formas de enlaces, fuerzas intermoleculares, estabilidad de las moléculas, etc.). Un ejemplo generalizado de esto lo dan los compuestos orgánicos e inorgánicos.

Los compuestos orgánicos, se caracterizan por su procedencia de la naturaleza viva y aparte de ser los responsables de formar los tejidos de los seres vivos, representan materia prima para la creación de sustancias que mejoran la calidad de vida del ser humano, por ende es necesario conocer sus composición y estructura química.

Análisis del carbono

            Muchos compuestos orgánicos se carbonizan cuando se calientan en un crisol. La carbonización de la muestra en este ensayo es una muestra evidente de la presencia del carbono. Si el compuesto arde en el aire, puede suponerse que contendrá carbono re hidrogeno, particularmente si la llama contiene hollín.

            El método más seguro para determinar la presencia de carbono, consiste en la oxidación de la materia orgánica.

Se efectúa, mezclándolas con exceso de oxido cúprico , y calentándose la mescla al rojo sombra, en un tubo de ensayo, muy seco, cerrado por un tapón, que deja pasar un tubo de desprendimiento en estas condiciones, si la sustancia contiene carbono, se desprende anhídrido carbónico CO2, que enturba una disolución de agua de barita Ba (OH)2 formando un precipitado.

Análisis del hidrógeno

            En el ensayo anterior, si la sustancia contiene hidrogeno, se verán en las paredes del tubo unas gotitas de agua, que proceden de la oxidación de aquel elemento.

 

 

Análisis del nitrógeno

            La determinación cualitativa del nitrógeno puede realizarse por los procedimientos siguientes:

•·                      Método de Lassaigne:

Uno de los más empleados para la determinación del nitrógeno en las sustancias orgánicas es el Método de Lassaigne.

Consiste en calentar la sustancia orgánica a investigar en un tubo de ensayo con un torcido de sodio, hasta llegar a la temperatura del rojo, y el producto de la reacción se trata cuidadosamente con agua destilada; en estas condiciones, si hay nitrógeno, se obtiene una disolución alcalina de cianuro sódico, en la que esta sal se caracteriza por el precipitado azul de Prusia que produce cuando se hierve con sulfato ferroso FeSO4.

 

 

 

  • Método de Will-Warrentrapp

Se utiliza para aquellas sustancias orgánicas que tiene el nitrógeno débilmente diluido. La materia orgánica se trata con una base fuerte NaOH o Ca (OH)2 y se desprende armoniaco NH3.

 

 

El armoniaco se puede conocer por:

  • a. Olor
  • b. Papel tornasol rosado Azul
  • c. Reactivo de Nessler o yodo mercuriato potásico K2(Hgl4), con el que el armoniaco produce precipitado de color rojo parduzco o coloración rojo amarillenta.
  • d. Con el HCl el armoniaco da nubes de humos blancos de NH4Cl
  • e. Método de Kjeldahl: se mescla la materia orgánica con H2So4 diluido y un catalizador que puede ser Mn, Hg, Te, Se, etc.
  • f.

 

Se puede reconocer como el método anterior

Análisis del azufre

            Se puede realizar con el método de Lassine, fundiendo la materia orgánica con sodio los elementos tales como del carbono, nitrógeno, azufre y halógenos forman compuestos iónicos.

            Tratando el producto de la reacción con agua destilada y filtrando después, si a una pequeña cantidad del filtrado se añaden unas gotas de acetato de plomo, dará un precipitado de color negro de sulfuro de plomo. Esto demuestra la presencia de azufre.

 

Análisis de los halógenos

            Una pequeña parte del filtrado se hierve con HNO3 con el fin de eliminar el nitrógeno y el azufre. Posteriormente se añaden unas gotas de la solución reactivo de AgNo3, si hay cloruros dará un precipitado blanco, la presencia de bromuros en el precipitado es amarillo pálido y la presencia de yoduros da un precipitado amarillo intenso

            Otra manera de investigar los halógenos es mediante el ensayo de Beilstein. Se toma un alambre de cobre, se humedece en la solución a investigar y seguidamente se lleva a ala llama de un mechero. Si la llama se pone verde nos indica la presencia de halógenos.

NOMENCLATURA INORGANICA

Nomenclaturas [editar]

Se aceptan tres tipos de nomenclaturas para nombrar compuestos químicos inorgánicos:

  • Nomenclatura sistemática: para nombrar de este modo se usan prefijos numéricos excepto para indicar que el primer elemento de la fórmula solo aparece una vez (mono) o cuando no puede haber confusión posible debido a que tiene una única valencia. En adelante, N.ss
Prefijos griegos Número
mono- 1
di- 2
tri- 3
tetra- 4
penta- 5
hexa- 6
hepta- 7
octa- 8
nona- (o eneá) 9
deca- 10

Por ejemplo, CrBr3 = tribromuro de cromo; CO = monóxido de carbono

En casos en los que puede haber confusión con otros compuestos (sales dobles y triples, oxisales y similares) se pueden emplear los prefijos bis-, tris-, tetras-, etc.

Ejemplo: Ca5F(PO4)3 = fluoruro tris(fosfato) de calcio, ya que si se usara el término trifosfato se estaría hablando del anión trifosfato [P3O10]5-, en cuyo caso sería:

Ca8F(P3O10)3
  • Nomenclatura Stock: en este caso, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de una valencia atómica, se indica en números romanos al final y entre paréntesis. Normalmente, a menos que se haya simplificado la fórmula, la valencia puede verse en el subíndice del otro átomo (en compuestos binarios). En adelante, N.st

Ejemplo: Fe2S3 Sulfuro de hierro (III) [se ve la valencia III en el subíndice del azufre]

  • Nomenclatura tradicional: aquí se indica la valencia del elemento que forma el compuesto con una serie de prefijos y sufijos griegos. En adelante, N.tr.

Cuando el elemento sólo tiene una valencia, se usa el sufijo -ico.

Cuando tiene dos valencias diferentes se usan (de menor a mayor valencia)

-oso
-ico

Cuando tiene tres distintas se usan (de menor a mayor)

hipo- -oso
-oso
-ico

Y cuando tiene cuatro se utilizan (de menor a mayor)

hipo- -oso
-oso
-ico
per- -ico

Ejemplo: Mn2O7 Óxido permangánico

Cuando tiene 5 se utilizan (de menor a mayor)

hipo- -oso
-oso
-ico
per- -ico
hiper- -ico

Óxidos [editar]

Son compuestos químicos inorgánicos binarios formados por la unión del oxígeno con otro elemento diferente a los gases nobles. Según si este elemento es metal o no metal serán óxidos básicos u óxidos ácidos. El oxígeno siempre tiene valencia -2. Su grupo funcional es el ión oxígeno (O2).

Los óxidos se pueden nombrar en cualquiera de las nomenclaturas; si se utiliza la sistemática no se tienen en cuenta las valencias sino que se menciona el prefijo de acuerdo al numero que posea el oxígeno como subíndice, si se utiliza la Stock el número romano es igual a la valencia del elemento, si se utiliza la común el sufijo es de acuerdo a la valencia del elemento.

Óxidos básicos [editar]

Son aquellos óxidos que se producen entre el oxígeno y un metal. Su fórmula general es Metal2Ox. Si la valencia del metal es par, se simplifica. Cuando un óxido básico reacciona con el agua (H2O) se forma una base o hidróxido, Ej. CuO + H2O = Cu(OH)2. La nomenclatura Stock es la más frecuente. En la nomenclatura tradicional se nombran con el sufijo -oso e -ico dependiendo de la menor o mayor valencia del metal que acompaña al oxígeno.

Ejemplo Nomenc. sistem. Nomenc. Stock Nomenc. tradic.
K2O monóxido de dipotasio óxido de potasio óxido de potasio
Fe2O3 trióxido de dihierro óxido de hierro(III) óxido férrico
FeO monóxido de hierro óxido de hierro(II) óxido ferroso
SnO2 dióxido de estaño óxido de estaño (IV) óxido estánnico

En algunos óxidos llamados óxidos dobles (Fe3O4, Pb3O4), los átomos del elemento que forma el óxido tienen diferente valencia (FeIIFeIII2O4=Fe3O4).

Óxidos ácidos o anhídridos [editar]

Son aquellos formados por la combinación del oxígeno con un no metal. Su fórmula general es No Metal2Ox. De ser posible, se simplifica. En este caso, la nomenclatura tradicional emplea la palabra anhídrido en lugar de óxido, a excepción de algunos óxidos de nitrógeno. La nomenclatura sistemática es la más frecuente. En la nomenclatura tradicional se nombran con los siguientes sufijos y prefijos en orden de menor a mayor valencia del no metal

  • hipo- -oso
  • -oso
  • -ico
  • per- -ico o hiper- -ico
Ejemplo Nomenc. sistem. Nomenc. Stock Nomenc. tradicional
F2O monóxido de diflúor óxido de flúor anhídrido hipofluoroso (excepción de la norma general de la nomenclatura tradicional)
SO3 trióxido de azufre óxido de azufre(VI) anhídrido sulfúrico
Cl2O7 heptóxido de dicloro óxido de cloro(VII) anhídrido perclórico

Los óxidos de nitrógeno, al igual que los óxidos del azufre, son importantes por su participación en la lluvia ácida. Con el término óxido de nitrógeno se hace alusión a cualquiera de los siguientes:

Hidruros metálicos [editar]

Son compuestos binarios formados por hidrógeno y un metal. En estos compuestos, el hidrógeno siempre tiene valencia -1. Se nombran con la palabra hidruro. Su fórmula general es MHx (x=valencia del metal) La nomenclatura Stock es la más frecuente.

Ejemplo Nomenc. sistemática Nomenc. Stock Nomenc. tradicional
KH monohidruro de potasio hidruro de potasio hidruro potásico
NiH3 trihidruro de níquel hidruro de níquel(III) hidruro niquélico
PbH4 tetrahidruro de plomo hidruro de plomo(IV) hidruro plúmbico

Hidruros volátiles o moleculares [editar]

Son aquellos compuestos binarios constituidos por hidrógeno y un no metal. El hidrógeno siempre usa valencia +1. Muchos de ellos tienen nombres especiales de uso más generalizado que los sistemáticos:

Ejemplo Nombre más usado
NH3 amoníaco o trihidruro de nitrógeno
PH3 fosfina o trihidruro de fósforo
BH3 borano o trihidruro de boro
AsH3 arsina o trihidruro de arsénico
SbH3 estibina o trihidruro de antimonio
CH4 metano o tetrahidruro de carbono
SiH4 silano o tetrahidruro de silicio

Hidrácidos [editar]

Son aquellos hidruros no metálicos que forman disolución ácida en agua, se nombran de forma diferente según si están disueltos o en estado puro. Son los formados por S, Se, Te, F, Cl, Br e I. Si están puros se nombran de la forma -uro de hidrógeno y si están disueltos, ácido -hídrico.

Ejemplo en estado puro en disolución
HF fluoruro de hidrógeno ácido fluorhídrico
HCl cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico
HBr bromuro de hidrógeno ácido bromhídrico
HI yoduro de hidrógeno ácido yodhídrico
H2S sulfuro de hidrógeno ácido sulfhídrico
H2Se selenuro de hidrógeno ácido selenhídrico
H2Te teluro de hidrógeno ácido telurhídrico

Hidróxidos [editar]

Son compuestos formados por la unión de un óxido básico con el agua. Para formularlo, se escribe el metal y el grupo hidroxilo OH, que siempre tiene valencia (-1). La fórmula general es M(OH)x siendo x la valencia del metal. La nomenclatura Stock es la más frecuente. Aquí la nomenclatura sistemática no antepone el prefijo mono cuando solo hay un OH.

Ejemplo Nomenclatura sistemática Nomenclatura Stock Nomenclatura tradicional
LiOH hidróxido de litio hidróxido de litio hidróxido lítico
Pb(OH)2 dihidróxido de plomo hidróxido de plomo(II) hidróxido plumboso
Al(OH)3 trihidróxido de aluminio hidróxido de aluminio hidróxido alumínico

Oxiácidos (u oxácidos u oxoácidos o ácidos oxigenados) [editar]

Son compuestos ternarios formados por oxígeno, hidrógeno y un no metal. Se obtienen al agregar una molécula de agua al correspondiente óxido ácido. Su fórmula general es H2O+N2Ox=HaNbOc (aquí N es un no metal) La nomenclatura funcional es ácido oxo-, dioxo-, trioxo-(según número de O) + no metal terminado en -ico seguido de la valencia en números romanos entre paréntesis. Si hay más de un átomo del no metal, este también lleva prefijo. La nomenclatura sistemática es oxo-, dioxo- (según número de oxígenos) + no metal terminado en -ato seguido de la valencia en números romanos entre paréntesis + "de hidrógeno". Si hay más de un átomo del no metal, este también lleva prefijo. La nomenclatura tradicional no cambia con respecto a compuestos anteriores; tan sólo empieza por la palabra "ácido". Esta nomenclatura es la más frecuente.

Ejemplo Nom. funcional Nom. sistemática Nom. tradicional
SO+H2O=H2SO2 ácido dioxosulfúrico (II) dioxosulfato (II) de hidrógeno ácido hiposulfuroso
Cl2O7+H2O=H2Cl2O8=HClO4 ácido tetraoxoclórico (VII) tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno ácido perclórico
SO3+H2O=H2SO4 ácido tetraoxosulfúrico (VI) tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno ácido sulfúrico

El nitrógeno no forma oxiácidos con todas sus valencias, sino que lo hace sólo con la 3 y la 5. Por otra parte, el fósforo, el arsénico y el antimonio forman ácidos especiales según se agregue 1, 2 ó 3 moléculas de agua llevando los prefijos meta-, piro- (o di-) y orto-, respectivamente, en la nomenclatura tradicional (se puede omitir el prefijo en el caso orto-).

Ejemplo Nom. func. Nom. sistem. Nom. tradic.
P2O5+H2O=H2P2O6=HPO3 ácido trioxofosfórico (V) trioxofosfato (V) de hidrógeno ácido metafosfórico
Sb2O3+2H2O=H4Sb2O5 ácido pentaoxodiestíbico (III) pentaoxodiestibato (III) de hidrógeno ácido piroestiboso
P2O5+3H2O=H6P2O8= H3PO4 ácido tetraoxofosfórico (V) tetraoxofosfato (V) de hidrógeno ácido ortofosfórico o fosfórico

El boro puede formar el oxiácido meta o el orto. Además, el silicio y el yodo, para formar los oxiácidos ortosilícico y peryódico, necesitan 2 y 5 moléculas de agua respectivamente.

Ejemplo Nomenclatura tradicional
HBO2 ácido metabórico
H3BO3 ácido bórico u ortobórico
SiO2+2H2O=H4SiO4 ácido ortosilícico o silícico
I2O7+5H2O=H10I2O12 = H5IO6 ácido ortoperyódico o peryódico

Algunos metales también forman oxiácidos, como el cromo y el manganeso.

Ejemplo Nomenclatura tradicional
H2CrO4 ácido crómico
H2MnO3 ácido manganoso
H2MnO4 ácido mangánico
HMnO4 ácido permangánico

Poliácidos [editar]

Se trata de aquellos oxiácidos que resultan de la unión de 2 ó 3 moléculas de oxiácidos con la pérdida de una molécula de agua por cada unión que se realice. Es como si fuesen dímeros o trimeros. Se nombran indicando el número de moléculas de ácido que se han unido con un prefijo (Nomenclatura tradicional) o indicando con prefijos el número de átomos del no metal o metal en los pocos casos en que ocurre (demás nomenclaturas).

Ejemplo Nom. Stock Nom. sistemática Nom. tradicional
H2S2O7 ácido heptaoxodisulfúrico (VI) heptaoxodisulfato (VI) de hidrógeno ácido disulfúrico
H2Cr2O7 ácido heptaoxodicrómico (VI) heptaoxodicromato (VI) de hidrógeno ácido dicrómico
H5P3O10 ácido decaoxotrifosfato(V) decaoxotrifosfato(V) de hidrógeno ácido trifosfórico

Las sales de los poliácidos se nombran de forma análoga a las oxisales.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y funcional Nomenclatura tradicional
CaCr2O7 heptaoxodicromato (VI) de calcio dicromato cálcico o de calcio
Mg2P2O7 heptaoxodifosfato (V) de magnesio difosfato magnesico
Na2S2O7 heptaoxodisulfato (VI) de sodio disulfato sódico

Sales binarias (o sales de hidrácidos) [editar]

Estas sales se obtienen sustituyendo los hidrógenos de los hidrácidos por un metal. También hay otros no metales que forman sales iónicas como el boro, el silicio y el nitrógeno. Su nombre empieza por el no metal terminado en -uro. La nomenclatura Stock es la más frecuente.

Ejemplo Nomenclatura sistemática Nomenclatura Stock Nomenclatura tradicional
CaF2 difluoruro de calcio fluoruro de calcio fluoruro cálcico
FeCl3 tricloruro de hierro cloruro de hierro(III) cloruro férrico
CoS monosulfuro de cobalto sulfuro de cobalto(II) sulfuro cobaltoso

Sales dobles y triples [editar]

Se trata de aquellas sales, normalmente iónicas, en las que hay varios cationes o aniones diferentes. Se nombran de forma análoga a las sales binarias (también llamadas sales de hidrácidos). Si entre esos iones hay un óxido o un hidróxido se pueden colocar los prefijos oxi- o hidroxi- según el caso. Los óxidos dobles pueden verse como un caso especial de sal doble en la que los dos cationes son del mismo elemento.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y Stock Nomenclatura tradicional
AgNa(NO3)2 trioxonitrato(V) de plata y sodio nitrato de plata y sodio
NH4SrF3 fluoruro de amonio y estroncio fluoruro de amonio y estroncio
LiNaHPO4 hidrógenotetraoxofosfato(V) de litio y sodio hidrógenofosfato de litio y sodio
BaBrCl bromuro y cloruro de bario bromuro y cloruro de bario
CuK2Mg2(P2O7)2 heptaoxodifosfato(V) de cobre(II), dimagnesio y potasio difosfato de cobre(II), dimagnesio y potasio
AlNO3SO4 trioxonitrato(V) y tetraoxosulfato(VI) de aluminio nitrato y sulfato de aluminio
Ca5F(PO4)3 fluoruro tris(tetraoxofosfato(V)) de calcio fluoruro tris(fosfato) de calcio
Pb(CO3)O óxido trioxocarbonato(IV) de plomo(IV) u oxitrioxocarbonato(IV) de plomo(IV) óxido y carbonato plúmbico u oxicarbonato plúmbico
MgCl(OH) cloruro hidróxido de magnesio o hidroxicloruro de magnesio cloruro hidróxido de magnesio o hidroxicloruro de magnesio

Sales de oxoácidos (u oxisales u oxosales) [editar]

Se trata de compuestos ternarios formados a partir de oxoácidos sustituyendo los hidrógenos por un metal, es decir, metal, no metal y oxígeno. También se puede decir que son compuestos ternarios que resultan de la unión de un metal con un radical (un no metal con oxígeno) Hay dos tipos:

Sales neutras [editar]

Son aquellas oxisales que han sustituido todos sus hidrógenos por un metal. La nomenclatura Stock y la sistemática coinciden. La tradicional es igual que las anteriores salvo en que los sufijos -oso e -ico se sustituyen por -ito y -ato respectivamente. La nomenclatura tradicional es la más frecuente.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y Stock Nomenclatura tradicional
Zn2SiO4 tetraoxosilicato(IV) de zinc silicato de zinc
Fe4(P2O7)3 heptaoxodifosfato(V) de hierro(III) pirofosfato férrico
Al2(SO4)3 tetraoxosulfato(VI) de aluminio sulfato de aluminio o alumínico

Sales ácidas [editar]

Son aquellas sales en las que sólo se han sustituido parte de los hidrógenos. Se les nombra anteponiendo al nombre hidrógeno-, dihidrógeno-. En la nomenclatura tradicional también se puede indicar anteponiendo bi- si se ha quitado un hidrógeno.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y Stock Nomenclatura tradicional
NaHSO4 hidrógenotetraoxosulfato(VI) de sodio hidrógenosulfato sódico o bisulfato sódico
KH2PO4 dihidrógenotetraoxofosfato(V) de potasio dihidrógenofosfato(V) potásico o bifosfato potásico
Ca(HCO3)2 hidrógenotrioxocarbonato(IV) de calcio hidrógeno carbonato o bicarbonato cálcico

Peróxidos [editar]

Son aquellos compuestos binarios que contienen el grupo peroxo (-O-O-), es decir, O22-. Se nombran con la palabra peróxido tanto en la nomenclatura Stock como en la tradicional; la nomenclatura sistemática sigue la regla general de los prefijos numéricos. Se los suele reconocer en la fórmula en que aparentemente el oxígeno sólo tiene valencia 1. El grupo peróxido no se simplifica si de esta forma sólo apareciese un átomo de oxígeno en la fórmula, como ocurre en el agua oxigenada, que también es un nombre especial que no sigue las reglas normales de la nomenclatura tradicional.

Ejemplo Nomenclatura
H2O2 peróxido de hidrógeno
CaO2 peróxido de calcio o cálcico
ZnO2 peróxido de zinc

Superóxidos [editar]

También llamados hiperóxidos, son compuestos binarios que contienen el grupo superóxido O2-. Aparentemente, el oxígeno (que siempre tiene valencia 2) tiene valencia 1/2. Se nombra como los peróxidos tan sólo cambiando peróxido por superóxido o hiperóxido.

Ejemplo Nomenclatura
KO2 superóxido o hiperóxido de potasio
CaO4 ó Ca(O2)2 superóxido de calcio
CdO4 superóxido de cadmio

Ozónidos [editar]

Son aquellos compuestos binarios de oxígeno que contienen el grupo ozónido O3-. Se nombran con la palabra ozónido.

Ejemplo Nomenclatura
KO3 ozónido de potasio
RbO3 ozónido de rubidio
CsO3 ozónido de cesio

Peroxoácidos [editar]

Son aquellos oxoácidos que han sustituido un oxígeno por un grupo peroxo O2-. Su fórmula no se simplifica. En la nomenclatura tradicional (la más frecuente) se añade peroxo-, y en las restantes se indica con -peroxo- el oxígeno sustituido. Si a la hora de formular pudiera haber confusión con otro oxoácido, se indica el grupo peroxo entre paréntesis.

Ejemplo Nomenclatura sistemática Nomenclatura Stock Nomenclatura tradicional
H2SO5 ácido trioxoperoxosulfúrico(VI) trioxoperoxosulfato(VI) de hidrógeno ácido peroxosulfúrico
HOONO ó HNO(O2) ácido monoxoperoxonítrico(V) monoxoperoxonitrato(V) de hidrógeno ácido peroxonítrico
H3BO3 ácido monoxoperoxobórico monoxoperoxoborato(V) de hidrógeno ácido peroxobórico

Las peroxisales se nombran de forma análoga a las oxisales.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y Stock Nomenclatura tradicional
K2S2O8 hexaoxoperoxodisulfato(VI) de potasio peroxodisulfato de potasio
Ba[NO(O2)]2 oxoperoxonitrato(III) de bario peroxonitrito de bario o bárico
CaSO5 tetraoxoperoxosulfato(VI) de calcio peroxosulfato de calcio

Tioácidos [editar]

Son aquellos oxoácidos que resultan de la sustitución de uno o varios oxígenos por azufres. Se nombran con el prefijo tio- seguido por el ácido de origen (nomenclatura tradicional) o -tio- en la sistemática y de Stock, indicando con un prefijo el número de oxígenos restantes. Si se escribe tio sin prefijo numérico en la nomenclatura tradicional, se está indicando que se han sustituido todos los O por S,excepto en el caso de los tioácidos del azufre (aquí tio=monotio).

Ejemplo Nomenclatura sistemática Nomenclatura Stock Nomenclatura tradicional
H2S2O3 ácido trioxotiosulfúrico trioxotiosulfato(VI) de hidrógeno ácido tiosulfúrico
HNSO2 ácido dioxotionítrico(V) dioxotionitrato(V) de hidrógeno ácido tionítrico
H3PS2O2 ácido dioxoditiofosfórico(V) dioxoditiofosfato(V) de hidrógeno ácido ditiofosfórico

Las tiosales se nombran de forma análoga a las oxisales.

Ejemplo Nomenclatura sistemática y stock Nomenclatura tradicional
FeS2O3 trioxotiosulfato(VI) de hierro(II) tiosulfato ferroso
Al2(HPS4)3 hidrógenotetratiofosfato(V) de aluminio hidrógenotiofosfato de aluminio
Na3PS3O oxotritiofosfato(V) de sodio tritiofosfato de sodio

Iones [editar]

Son aquellos átomos o moléculas cargados eléctricamente. Pueden ser de carga positiva (cationes) o de carga negativa (aniones).

Cationes mono y poliatómicos [editar]

Son iones con carga positiva. Si son monoatómicos, se nombran simplemente nombrando el elemento después de la palabra catión. Por ejemplo, Li+ catión litio. Si el elemento tiene varios estados de oxidación (valencias) se usan números romanos (Stock) o los afijos hipo- -oso, -oso, -ico, per- -ico (tradicional).

Ejemplo Nomenclatura Stock Nomenclatura tradicional
Fe3+ catión hierro(III) catión férrico
Cu+ catión cobre(I) catión cuproso

Cuando se trata de cationes poliatómicos, se distinguen dos casos:

a) Si proceden de oxoácidos se añade el sufijo -ilo al nombre del oxoácido correspondiente en nomenclaturas tradicional (éste puede indicar la valencia en números romanos), también se puede nombrar en la Stock. Es como el oxoácido sin moléculas de agua.

Ejemplo Nomenclatura tradicional Nomenclatura Stock
NO2+ catión nitroilo catión dioxonitrógeno(V)
NO+ catión nitrosilo catión monoxonitrógeno(III)
SO2+ catión sulfinilo o tionilo catión monoxoazufre(IV)
SO22+ catión sulfonilo o sulfurilo catión dioxoazufre(VI)
UO2+ catión uranilo(V) catión dioxouranio(V)
UO22+ catión uranilo(VI) catión dioxouranio(VI)
VO3+ catión vanadilo(V) catión monoxovanadio(V)
VO2+ catión vanadilo (IV) catión dioxovanadio(IV)

b) Si proceden de hidruros, lleva el sufijo -onio.

Ejemplo Nombre
H3O+ hidronio u oxonio
NH4+ amonio
PH4+ fosfonio
SbH4+ estibonio
AsH4+ arsonio
BiH4+ bismutonio
H2S+ sulfonio
H2Cl+ cloronio

Aniones mono y poliatómicos [editar]

Son iones con carga negativa, se puede anteponer la palabra ion. Se distinguen tres casos:

a) Si son homoatómicos (todos los átomos son del mismo elemento) se añade el sufijo -uro a la raíz del nombre del elemento. Si hay varios átomos, se usan prefijos cuantitativos y, si fuese necesario, la carga entre paréntesis.

Ejemplo Nombre(s)
H- hidruro
O2- óxido (los aniones del oxígeno tienen nombres especiales)
O22- dióxido(2-), peróxido
O2- dióxido(1-), superóxido
N3- nitruro
N3- trinitruro(1-), azida (nombre especial)
Cl- cloruro
Br- bromuro
I- yoduro
S2- sulfuro
S22- ion disulfuro

b) Si son heteroatómicos y proceden de oxiácidos, es decir, son los que intervienen en oxisales y similares se nombran como éstas, con sufijos -ato (Stock), -ato o -ito (tradicional).

Ejemplo Nomenclatura tradicional Nomenclatura Stock
SO42- ion sulfato (N.tr) ion tetraoxosulfato(VI)
SO32- ion sulfito ion trioxosulfato(IV)
ClO- ion hipoclorito ion monoxoclorato(I)

c) Si son heteroatómicos pero no proceden de oxisales o similares suelen terminar en -uro o en -óxido.

Ejemplo Nombre(s)
OH- hidróxido
CN- cianuro
NH2- amiduro
HS- hidrógenosulfuro(1-)
HO2- hidrógenodióxido(1-), hidroperóxido
NH2- imiduro

Véase también [editar]

UN EJEMPLO DE MEZCLAS HOMOGENEAS

Introducción general

Las soluciones en química, son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una solución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química. Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada, oxígeno y nitrógeno del aire, el gas carbónico en los refrescos y todas las propiedades: color, sabor, densidad, punto de fusión y ebullición dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias.

La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta.

El soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el solvente puede ser también un gas, un líquido o un sólido. El agua con gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono) disuelto en un líquido (agua).

Las mezclas de gases, son soluciones. Las soluciones verdaderas se diferencian de las soluciones coloidales y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular, y se encuentran dispersas entre las moléculas del solvente.

Algunos metales son solubles en otros cuando están en el estado líquido y solidifican manteniendo la mezcla de átomos. Si en esa mezcla los dos metales se pueden solidificar, entonces serán una solución sólida.

El estudio de los diferentes estados de agregación de la materia se suele referir, para simplificar, a una situación de laboratorio, admitiéndose que las sustancias consideradas son puras, es decir, están formadas por un mismo tipo de componentes elementales, ya sean átomos, moléculas, o pares de iones. Los cambios de estado, cuando se producen, sólo afectan a su ordenación o agregación.

Sin embargo, en la naturaleza, la materia se presenta, con mayor frecuencia, en forma de mezcla de sustancias puras. Las disoluciones constituyen un tipo particular de mezclas. El aire de la atmósfera o el agua del mar son ejemplos de disoluciones. El hecho de que la mayor parte de los procesos químicos tengan lugar en disolución hace del estudio de las disoluciones un apartado importante de la química-física.

Este trabajo cuenta con una introducción general del tema que habla un poco acerca de lo básico que se debe saber para poder adentrarse en el tema de las soluciones, este habla acerca de lo que son las soluciones, de lo que es un disolvente y un soluto, también explica acerca de lo que hace diferente a una solución coloide o de las suspensiones.

Este trabajo cuenta con varios temas los cuales son solubilidad, propiedades físicas de las soluciones, concentración de una solución, soluciones sólidas, líquidas y gaseosas, efecto de la temperatura y presión en la solubilidad de sólidos y gases.

Solubilidad

La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia para disolverse en otra, la solubilidad de un soluto es la cantidad de este.

Algunos líquidos, como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En una solución de azúcar en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo más azúcar, se llegue a un punto en el que ya no se disolverá más, pues la solución está saturada.

La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la solución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales orgánicas de calcio, la solubilidad en un líquido aumenta a medida que disminuye la temperatura.

En general, la mayor solubilidad se da en soluciones que moléculas tienen una estructura similar a las del solvente.

La solubilidad de las sustancias varia, algunas de ellas son muy poco solubles o insolubles. La sal de cocina, el azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, pero el bicarbonato de sodio casi no se disuelve.

Propiedades físicas de las soluciones

Cuando se añade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades físicas del solvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le añade un anticongelante (soluto). Pero cuando se añade un soluto se rebaja la presión de vapor del solvente.

Otra propiedad destacable de una solución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos soluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del solvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del solvente pasarán de la solución menos concentrada a la solución de mayor concentración, haciendo a esta última más diluida. Estas son algunas de las características de las soluciones:

    • Las partículas de soluto tienen menor tamaño que en las otras clases de mezclas.

    • Presentan una sola fase, es decir, son homogéneas.
    • Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se separan ni se observa sedimentación, es decir las partículas no se depositan en el fondo del recipiente.
    • Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de la luz.
    • Sus componentes o fases no pueden separarse por filtración

Concentración de una solución

La concentración de una solución lo da el número de moléculas que tenga que tenga el soluto de una sustancia y el número de moléculas que tiene el resto de la sustancia.

Existen distintas formas de decir la concentración de una solución, pero las dos más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M).

Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de disolución, expresado en litros. Así, una solución de cloruro de sodio con una concentración de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de solución.

La molaridad se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles, contenida en un cierto volumen de solución, expresado en litros, es decir: M = n/V.

El número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto.

Por ejemplo, para conocer la molaridad de una solución que se ha preparado disolviendo 70 g de cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener 2 litros de solución, hay que calcular el número de moles de NaCl; como la masa molar del cloruro de sodio es la suma de las masas atómicas de sus elementos, es decir, 23 + 35,5 = 58,5 g/mol, el número de moles será 70/58,5 = 1,2 y, por tanto, M = 1,2/2= 0,6 M (0,6 molar).

Concentración en miliosmoles por litro

El fenómeno de ósmosis se presenta cuando una solución esta separada de su solvente por una membrana semipermeable. La ósmosis es la difusión de solvente a través de la membrana desde la parte de menor a la de mayor concentración. La presión osmótica es la presión que se debe aplicar sobre la solución de mayor concentración para impedir el paso del solvente (ósmosis) a través de la membrana.

Las membranas biológicas tienen permeabilidades distintas y se dice que son semipermeables, es decir que son permeables para las moléculas del solvente o pequeñas moléculas, pero no permiten el paso libre todas las moléculas disueltas.

El osmol es una unidad biológica que se usa para soluciones que tienen actividad osmótica. El osmol resulta ser una unidad muy grande para los fenómenos biológicos, se usa con mayor frecuencia la subunidad miliosmol (mosmol) que es más representativa; Para calcular un mosmol es necesario conocer si el soluto ioniza o no lo hace, la ionización aumenta el numero de partículas en solución, cuando se disuelven 180 mg de glucosa hasta un litro tenemos 1 mmol de glucosa, como esta sustancia no ioniza también tenemos 1 mosmol de glucosa; cuando se disuelven 58.5 mg de cloruro de sodio, sal que ioniza dando dos iones (Na+ y Cl-), entonces los 58.5mg son iguales a 1 mmol de sal pero equivalen a 2 mosmol. La presión osmótica depende del número de partículas y no de su carga ni de su masa, la misma fuerza osmótica es ejercida por una molécula grande como una proteína, con peso molecular de muchos miles y muchas cargas, como la molécula de hemoglobina o un ion de sodio o de cloro.

La mayoría de los líquidos corporales tiene una presión osmótica que concuerda con la de una solución de cloruro de sodio a 0.9 % y se dice que una solución es isosmótica con los líquidos fisiológicos.

Los soluciones isotónicas con respecto unas de otras ejercen la misma presión osmótica, o sea contienen la misma concentración de partículas osmóticamente activas. Cuando se habla de soluciones isotónicas en el laboratorio suele tratarse de las soluciones que tienen la misma presión osmótica del plasma sanguíneo, que es aproximado de 300 miliosmoles / litro. Las soluciones fisiológicas de concentración menor de 300 hipotónicas y si su concentración es mayor se denominan hipertónicas. Una solución es isotónica con respecto a una célula viva cuando no ocurre ganancia ni pérdida neta de agua en la célula, tampoco se produce ningún cambio de la célula cuando entra en contacto con la solución.

Si tenemos en cuenta que la concentración osmolar de una solución que contiene una mezcla de electrolitos y moléculas neutras es igual a la suma de las concentraciones osmolares individuales de todos sus componentes, convertir la concentración de los solutos que se encuentran en el suero en osmolaridad. Una formula sencilla y que ofrece una buena utilidad clínica es:

Osmolaridad = 2 ( Na+ mmol/l) + Glucosa mmol/l + NUS mmol/l o también

Osmolaridad = 2(Na+ meq /l) +Glucosa mg/dl /18 + NUS mgl/dll /2.8

Donde el factor 2 se debe a que se consideran los iones asociados al Na+ ( Cl- y HCO3-) ; 1 mosmol de glucosa equivale a 180 mg / l = 18 mg/dl, 1 mosmol de nitrógeno ureico (NUS) equivale a 28 mg/l = 2.8 mg /dl, corresponde a la masa molecular de dos átomos de nitrógeno en la urea.

Los electrolitos Na+, Cl- y HCO3- contribuyen en mas del 92 % a la osmolaridad del suero, el otro 8% corresponde a la glucosa, proteínas y la urea.

Clasificación de las soluciones


PÒR SU ESTADO DE

POR SU CONCENTRACION

SÓLIDAS

SOLUCION NO-SATURADA; es aquella en donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su grado de saturación.

Ej: a 0 ºC 100 g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.

LIQUIDAS

SOLUCION SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0 ºC.

GASEOSAS

SOLUCION SOBRE SATURADA: representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la temperatura dada.

Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas soluciones son inestables, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

Efecto de la temperatura y la presión en la solubilidad de sólidos y gases

Porque un refresco pierde más rápido el gas cuando esta caliente que cuando esta frió, o por que el chocolate en polvo se disuelve más fácilmente en leche caliente, son varios factores los que influyen a estos fenómenos, entre ellos está la temperatura y la presión.

Por lo general la solubilidad varía con la temperatura. En la mayoría de las sustancias, un incremento de la temperatura causa un aumento de la solubilidad. Por eso el azúcar se disuelve mejor en café caliente, y la leche debe de estar en el punto de ebullición.

Los cambios de presión no modifican la solubilidad de un sólido en un líquido. Si un sólido es insoluble agua, no se disolverá aunque se aumente bruscamente la presión ejercida sobre él.

La solubilidad de los gases disueltos en líquidos es diferente de la que poseen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua aumenta con la presión del gas sobre el disolvente, si la presión disminuye, la solubilidad disminuye también. Se dice que la solubilidad de los gases es directamente proporcional a la presión.

Cuando se destapa una botella de refresco, la presión sobre la superficie del líquido se reduce y cierta cantidad de burbujas de dióxido de carbono suben a la superficie. La disminución de la presión permite que el CO2 salga de la disolución.

En relación con la temperatura, los gases disueltos en líquidos se comportan de forma inversa a como lo hacen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua decrece a medida que aumenta la temperatura; esto significa que la solubilidad y la temperatura son inversamente proporcionales.

Los gases disueltos en agua potable (oxigeno, cloro y nitrógeno) son las pequeñas burbujas que aparecen cuando él liquido se calienta y aún no llega al punto de ebullición. Cuando el agua hierve queda totalmente desgasificada, por lo cual su sabor es distinto del que posee el agua sin hervir, por ello se recomienda airear esta agua antes de beberla.

Soluciones acuosas

El agua es la biomolécula más abundante del ser humano, constituye un 65-70 % del peso total del cuerpo. Esta proporción debe mantenerse muy próxima a estos valores para mantener la homeóstasis hídrica, por lo contrario el organismo se ve frente a situaciones patológicas debidas a la deshidratación o la retención de líquidos. La importancia del estudio de la biomolécula agua radica en el hecho de que la totalidad de las reacciones bioquímicas se realizan en el seno del agua, todos los nutrientes se transportan en el seno del agua.

Estructura molecular del agua. Es una molécula tetraédrica, con el átomo de oxigeno en el centro y los dos átomos de hidrógeno en los vértices de dicho tetraedro quedando los otros dos vértices ocupados por los electrones no compartidos del oxígeno

El oxigeno es un átomo que posee mayor electronegatividad que el hidrogeno, esto hace que la molécula de agua sea un dipolo eléctrico. Esta estructura explica muchas de las propiedades físicas y químicas del agua bien sea por la formación de puentes de hidrogeno o por solvatacion de otras moléculas.

Propiedades físicas y químicas del agua. Las propiedades del agua son la base de una serie de funciones esenciales para la integridad del organismo.

Funciones bioquímicas y fisiológicas del agua.

De lo anterior se deduce que las funciones bioquímicas y fisiológicas del agua son consecuentes con las propiedades fisicoquímicas que se han estudiado. El agua puede actuar como componente de macromoléculas proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, pueden estabilizar su estructura a través de la formación de puentes de hidrogeno.

El hecho de que sea considerada como disolvente universal de sustancia iónicas, polares no iónicas y anfipáticas, facilita que en su seno se puedan llevar a cabo la totalidad de las reacciones bioquímicas, así como el transporte adecuado de sustancias en el organismo.

El agua puede actuar como sustrato o producto de muchas reacciones como la hidrólisis o formación de ésteres.

El carácter termorregulador del agua, permite conseguir un equilibrio de temperaturas en todo el cuerpo así como la disipación del calor metabólico lo observamos en el ejercicio extenso.

Conclusión

En este trabajo se han visto varios aspectos del tema de las soluciones, el cual es un tema muy extenso y muy importante para la vida de todos los seres humanos en este planeta. Este tema es muy importante porque sin los conocimientos que se tienen acerca de las soluciones, no se podría hacer más cosas con la materia prima, o con otros materiales, no se podría hacer materiales indispensables para nuestras vidas como el plástico, que existen muchos tipos de este material que se usa prácticamente para todo, bueno y así como este material existen muchos otros.

Además en este trabajo se ha tratado de poner información resumida, útil y concreta, lo cual es en factor muy importante porque si algún lector que no tenga muchos conocimientos del tema no se confunda tanto con definiciones y palabras que le puedan resultar extrañas. Además resulta mucho más cómodo leer un trabajo con información bien resumida y concreta, que cualquier otro trabajo que tenga mucha información que no sea necesaria, esto muchas veces resulta ser incomodo

GUIA DE EJERCICIOS DE QUIMICA GENERAL

(FECHA DE ENTREGA 25/10/08)

(REALIZAR EN GRUPOS DE 5)

(ENTREGAR EN COMPUTADORA O EN HOJAS BLANCAS EN BOLIGRAFO NEGRO)

1.- Aplicar la ecuación de Bohr para el hidrógeno, y calcular la diferencia de energía entre los niveles ni = 2 y nf = 1 en el átomo de hidrógeno.

2.- ¿Cual es la configuración electrónica del átomo F (numero atómico = 9) en el estado fundamental?

3.- represente el diagrama de orbital para el átomo de Flúor ¿cuantos electrones no apareados es lógico que tenga el átomo?

4.- escribir un grupo completo de cuatro números cuanticos para cada uno de los electrones en el átomo de Fluor

5.- la línea roja fuerte en el espectro de Litio se encuentra a 6708Ǻ (1 Ǻ= 1. 10-10 m). ¿Cuál es la energía de los fotones en Kcal/mol de esta longitud de onda ( 1 mol = 6,023 . 1023 partículas , y 1 cal= 4,184 J)?

6.- Emplear la ecuación de Bohr, para calcular la longitud de onda de la primera línea de la serie de Lyman para el hidrogeno (ni=2 y nf= 1)

7.- dibuje los diagramas de orbital para átomos con las siguientes configuraciones electrónicas

a) 1s2 2s2 2p2

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

c) 1s2 2s22p3

¿Cuántos electrones no apareados tienen los átomos representados?

8.- las configuraciones electrónicas del estado fundamental son incorrectas. Explique que errores se han cometido en cada una y escriba las configuraciones electrónicas correctas

a) Al:1s2 2s2 2p4 3s2 3p3

b) B: 1s2 2s2 2p5

c) F: 1s22s2 2p6

9.- El número atómico de un elemento es 73. Los átomos de este elemento son diamagnéticos o paramagnéticos

Nota: Las sustancias paramagnéticas son aquellas que tienen electrones desapareados

Las sustancias diamagnéticas son aquellas que tienen todos los electrones apareados

EJERCICIOS DE QUIMICA GENERAL CON RESPUESTAS

1.- Calcule la frecuencia en Hz y la longitud de onda en nm del fotón emitido por un átomo de hidrogeno cuando un electrón cae del nivel n=4 al nivel n=2

Rta: 6,17 . 1014 Hz y 486,6 nm

2.- Un fotón tiene una frecuencia de 6,0 . 104 Hz.

a) convierte esta frecuencia en longitud de onda (nm)

b) calcule la energía en Joules de este fotón

c) Calcule la energía en Joules de 1 mol de fotones

Rptas a ) 5 . 1012nm

b) 3,978. 10-29 J/fotón

c)2,4. 10-5 J/mol

3.- ¿Cuál es la longitud de onda de de Broglie asociada con una pelota de Ping Pong de 2,5 g que viaja a 35mph (millas/h)?

Rpta: 1,7 . 10-23 nm

Estructura Atómica

Estructura atómica

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

El núcleo atómico

El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:

  • Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón
  • Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27 kg)

El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).

La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio, 4(4He).

Existen también átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico, los cuales se conocen como isótopos. Por ejemplo, existen tres isótopos naturales del hidrógeno, el protio (1H), el deuterio (2H) y el tritio (3H). Todos poseen las mismas propiedades químicas del hidrógeno, y pueden ser diferenciados únicamente por ciertas propiedades físicas.

Otros términos menos utilizados relacionados con la estructura nuclear son los isótonos, que son átomos con el mismo número de neutrones. Los isóbaros son átomos que tienen el mismo número másico.

Debido a que los protones tienen cargas positivas se deberían repeler entre sí, sin embargo, el núcleo del átomo mantiene su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción nuclear fuerte.