Enlaces atómicos.

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1 Enlaces atómicos

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11 Los átomos se combinan para formar compuestos más estables.
Los átomos más estables son los gases nobles Por consiguiente, la configuración electrónica más estable, es isoelectrónica con un gas noble Cuando los átomos interactúan, solo entran en contacto sus regiones externas. Para los enlaces, se consideran solamente los electrones de valencia Lewis desarrolló un sistema de puntos que representa un átomo con sus electrones de valencia. Excepto para el He, el número de electrones de valencia es igual al número de grupo EII_ Andrea Fredes

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13 1. Escriba los símbolos de puntos de Lewis
Problemas 1. Escriba los símbolos de puntos de Lewis para los átomos de los siguientes elementos: Be, b) K, c) Ca, d) Ga, e)O, f) Br, g) N 2. Escriba los símbolos de Lewis para los siguientes iones: a) Li+, b) Cl-, c) S-2, d)Sr++, e) N-3 EII_ Andrea Fredes

14 Tipos de enlaces primarios
1) El enlace iónico 2) El enlace covalente 3) El enlace metálico EII_ Andrea Fredes

15 El enlace iónico Electronegatividad: es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico Se diferencia de la Afinidad Electrónica, en que esta se refiere al átomo y la electronegatividad al enlace Tiene relación con la Afinidad Electrónica y la Energía de Ionización EII_ Andrea Fredes

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17 La atracción electrostática da “fuerza” al enlace
Los átomos con gran diferencia de electronegatividad (2,0 o más) forman enlaces iónicos Los electrones se transfieren de los átomos con menor EN a los átomos con mayor electronegatividad Se producen cationes cargados positivamente y aniones cargados negativamente La atracción electrostática da “fuerza” al enlace EII_ Andrea Fredes

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19 Los sólidos iónicos tienen altas energías reticulares
(energía necesaria para separar un mol de compuesto en iones en estado gaseoso ) Por consiguiente, tienen puntos de fusión relativamente altos. A mayor tamaño del ión, es menor la energía reticular. Ej: LiCl (829 KJ/mol); CsCl (649 Kj/mol) Son sólidos solubles en agua y conductores EII_ Andrea Fredes

20 El enlace covalente Se forma en enlaces con pequeñas diferencias de electronegatividad, ubicados muy próximos en la tabla Periódica Generalmente se comparten electrones s y p externos con otros átomos. Los enlaces pueden ser sencillos o múltiples EII_ Andrea Fredes

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22 El enlace covalente puede ser a) No polar:
el par de electrones de enlace se comparte en forma equitativa entre dos átomos. Ej: H2, O2. EII_ Andrea Fredes

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24 b) polar: cuando los átomos que forman el ,enlace tienen electronegatividades diferentes, la nube electrónica se desplaza más fuertemente hacia el átomo más electronegativo EII_ Andrea Fredes

25 Los enlaces pueden ser dobles (CO2) o triples (N2).
Cuando se forman enlaces covalentes entre átomos poliatómicos, quedan electrones que no forman enlace, conocidos como pares libres. Los enlaces pueden ser dobles (CO2) o triples (N2). Los enlaces triples son más cortos que los dobles, los que a su vez son más cortos que los simples. EII_ Andrea Fredes

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27 Propiedades: El enlace covalente no es conductivo porque los electrones están fuertemente atraídos por ambos núcleos El punto de fusión es variado, en compuestos como el diamante, los enlaces se extienden en el espacio, pero en la mayoría de los casos los enlaces son limitados y la interacción entre moléculas es débil EII_ Andrea Fredes

28 El enlace Metálico Los átomos de los metales se caracterizan por tener pocos electrones de valencia. Además tienen mucha facilidad para moverse en el nivel de energía en que se encuentran (nivel más externo) Los átomos de un elemento con enlace metálico se encuentran ordenados muy juntos en una estructura cristalina. Los electrones de valencia son atraídos por varios núcleos. EII_ Andrea Fredes

29 Los electrones no están férreamente asociados a un núcleo particular: son electrones libres.
No hay restriccciones sobre pares electrónicos como en el enlace covalente ni sobre la neutralidad como en los enlaces iónicos. EII_ Andrea Fredes

30 Propiedades: Debido a la movilidad de los electrones de valencia, son buenos conductores eléctricos. La interacción entre los cationes vibrantes y los electrones hace que sean buenos conductores de calor. Cuando baja la temperatura, baja la vibración, y disminuye la resistencia al paso de la corriente: el material se vuelve superconductor Como los enlaces no son tan fijos, los distintos átomos de un metal pueden deslizarse unos sobre otros, lo que hace que puedan deformarse sin rotura. EII_ Andrea Fredes

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33 LOS MATERIALES

34 Introducción Se llama material a la materia que se emplea para fabricar objetos (hormigón para fabricar puentes, ladrillos para fabricar casas, etc). Los materiales pueden ser sustancias puras y simples, como el hierro, o compuestas, como un plástico llamado PVC. También puede tratarse de una mezcla homogénea de varias sustancias, como el bronce, que es una aleación de dos metales (estaño y cobre) o una mezcla heterogénea, como una roca que está formada por distintos minerales

35 Clasificación de los Materiales
Metálicos Electrónicos Cerámicos Poliméricos Elastómeros Termorrígidos Termoplásticos

36 Propiedades de los materiales

37 Propiedades de los materiales

38 Clasificación de los materiales
Metálicos: Los materiales metálicos tienen electrones que se pueden desplazar libremente, lo que los hace buenos conductores de la electricidad. Cuando un cable metálico se conecta a una fuente continua de energía, por ejemplo una batería, los electrones fluyen desde el polo (-) o cátodo de la batería hacia el polo (+) o ánodo a través del conductor.

39 Metales Los átomos de metales forman una red cristalina tridimensional muy similar a la de los compuestos iónicos                                           

40 Propiedades de los metales
Conductividad eléctrica Conductividad térmica Dúctiles (estirar) y maleables (laminar) Brillo Duros y resistentes.

41 Clasificación de los materiales
b) Electrónicos Son materiales no metálicos que a bajas temperaturas no conducen la electricidad, pero con un aumento pequeño de la temperatura hace que sus electrones de mayor energía se exciten, logrando así que se produzca conducción.

42 Materiales electrónicos
Un circuito electrónico está formado por un conjunto de chips compuestos de cristales de silicio.

43 Clasificación de los materiales
c) Cerámicos: Son compuestos de naturaleza iónica, que tiene igual cantidad de aniones y cationes, por lo que tienen muy baja conductividad eléctrica. Tienen una naturaleza rígida que los hace frágiles. Es difícil transformar estos sólidos en líquidos. Estos materiales son extraordinariamente resistentes a la conductividad del calor, se consideran por lo tanto aislantes eléctricos y térmicos.

44 Material cerámico

45 Propiedades de los cerámicos
Fragilidad y alta dureza. Alto punto de fusión. Baja conductividad térmica y eléctrica. Baja ductilidad y maleabilidad.

46 Clasificación de los materiales
d) Poliméricos: Compuestos formados por la unión de miles de unidades más pequeñas llamadas monómeros. Los monómeros se unen entre sí a través de enlaces covalentes, formando largas cadenas que se ordenan en estructuras en forma de red.

47 Polímeros. Las cadenas de polímeros pueden apilarse ordenadamente, dando origen a un polímero flexible, pero que no resiste mucho la tracción. (forros de cuaderno) Si las cadenas están entrecruzadas se forma una especie de red y el material puede estirarse y volver a su forma original. (goma de borrar).

48 ¿Cómo se forman los polímeros?
Existen dos tipos generales de reacción de polimerización: Por adición y por condensación. Adición: Los polímeros se unen unos a otros de tal manera, que el polímero resultante contiene todos los átomos de monómeros iniciales. b) Condensación: En este tipo de polimerización, una parte de la estructura del monómero no forma parte del polímero final, sino que es expulsada al formarse el polímero (generalmente es una molécula de agua)

49 Poliméricos Elastómeros:
Son aquellos que tienen propiedades elásticas (luego de deformarse pueden volver a su estado original). Dentro de ellos encontramos el caucho y la goma

50 Poliméricos Termorrígidos:
Forman una estructura dura que no se funde por acción del calentamiento, si la temperatura es muy alta, se destruye

51 Poliméricos Termoplásticos:
Son polímeros que funden sin descomponerse; pueden moldearse cuantas veces se desee modificando la temperatura.

52 Tipos de polímeros Monómero Polímero Aplicación CH2=CH-CH=CH2
butadieno Polibutadieno Caucho o goma artificial. CH2=C-CH=CH2 Cl (cloropreno) Policloropreno (neopreno) Pegamento, caucho artificial. CH2=CH2 etileno Polietileno Bolsas plásticas, envases. CH2=CH-Cl Cloruro de vinilo Cloruro de polivinilo (PVC) Tuberías, cortinas de baño, aislantes. CF2=CF2 tetrafluoroetileno Politetrafluoretileno (teflón) Revestimientos de sartenes, prótesis resistentes

53 Tipos de polímeros. Monómero Polímero Aplicación CH2=CHCN
acrilonitrilo Poliacrilonitrilo (nylon) Fibras textiles, alfombras. CH2=CCl-CH=CH2 2-cloro 1,3 butadieno neopreno Goma de neopreno CH2=C-CH3 COOCH3 metilmetacrilato Lucita o plexiglás Superficies transparentes, lentes, joyería.

54 Separación de mezclas de materiales
La separación de mezclas heterogéneas se puede realizar a través de los siguientes procesos mecánicos: a) Decantación: Es una técnica que se usa fundamentalmente en líquidos que se ubican en diferentes capas y distintas densidades, quedando el de mayor densidad en el fondo del recipiente.

55 Separación de mezclas de materiales
b) Sedimentación: Se utiliza en la separación de sustancias sólidas dispersas en un líquido. Consiste en dejar en reposo la mezcla, de tal modo que las partículas más pesadas se van depositando en el fondo. Este es un método utilizado en uno de los procesos que se realizan en el tratamiento del agua potable.

56 Separación de mezclas de materiales
c) Centrifugación: Consiste en el mismo principio que la sedimentación, sólo que acelera el proceso haciendo girar rápidamente la mezcla, provocando un aumento en la fuerza de gravedad y por ende la precipitación de partículas al fondo del recipiente que contiene la mezcla.

57 Separación de mezclas de materiales
d) Filtración: Es un proceso muy utilizado en laboratorios, pues permite la separación de pequeñas cantidades de sustancias sólidas disueltas en líquidos.

58 Separación de mezclas de materiales
e) Tamizado: Es un método que se utiliza en la separación de mezclas sólidas de distinto tamaño. Se hace pasar la mezcla por tamices de rejillas de distintos diámetros, lo que permite separar los sólidos de acuerdo al tamaño.

59 Separación de mezclas de materiales
f) Extracción: este método se utiliza para separar distintas mezclas sólidas. Se usan disolventes distintos, no solubles entre sí, y que tengan diferentes afinidades o poder disolvente por uno de los componentes de la mezcla. Esto consiste en hacer pasar repetidamente el disolvente o la disolución sobre el material a extraer. g) Maceración: La mezcla se tritura con un mortero y al mismo tiempo se agrega un disolvente.

60 Separación de mezclas homogéneas
Son aplicados para separar disoluciones: a) Evaporación: Se utiliza cuando el soluto es un sólido. Consiste en calentar directamente la mezcla, en un recipiente apropiado. Se evapora el disolvente, obteniéndose el sólido amorfo, por lo rápido del proceso se impide la cristalización.

61 Separación de mezclas homogéneas
b) Cristalización. Se deja evaporar muy lentamente el disolvente, lo que se puede hacer a temperatura ambiente. El proceso es lento, pero permite obtener cristales sólidos en buenas condiciones. c) Destilación: Consiste en separar mezclas líquidas, utilizando un destilador que permite condensar los vapores de la sustancia que tiene menor punto de ebullición

62 Separación de mezclas homogéneas
d) Cromatografía: Es una técnica de separación de mezclas sólidas, líquidas, gaseosas y sólidas en líquido. el procedimiento consiste en hacer pasar la mezcla a través del medio adsorbente (que se adhiere a la superficie). Uno de los métodos más simples es utilizar como material adsorbente un papel filtro y como un disolvente un líquido. Los distintos componentes de la mezcla se van separando de acuerdo a las afinidades que tienen los componentes de la mezcla por el material adsorbente.

63 Superconductores de alta tº
La propiedad de ciertos materiales que les permite conducir electrones sin resistencia se llama superconductividad. Los superconductores “de alta temperatura” (SAT) presentan superconductividad a temperaturas tan impresionantes como los –180ºC

64 Superconductores de alta temperatura
La estructura de los superconductores de alta Tc es como un sandwich gigante. Hay capas de átomos de cobre y de oxígeno (jamón) que se alternan con capas de otros metales (pan).Y esta sucesión abarca un número enorme de capas. Red de cristales YBa2Cu3O6

65 La industria química La industria química puede clasificarse según el tipo de materia prima que utiliza: Industria Química De base: Trabajan con m.primas básicas y elaboran productos sencillos De transformación: Convierte productos semielaborados en nuevos productos que van directamente al mercado Metalurgia, amoníaco, ácido sulfúrico, petroquímica, carbón Perfumes, detergentes, jabones,fertilizantes,alimentos, papel, cerámicas,plásticos, cemento, vidrio, fibras, plásticos.

66 Industria Química Etapas del proceso productivo:
Todo proceso productivo efectuado en la industria química consta de las tres etapas siguientes: Tratamientos físicos iniciales: Las materias primas que van a reaccionar se preparan y acondicionan para el proceso químico de transformación (trituración, molienda, calentamiento y mezcla) Tratamientos químicos: Las materias primas se someten a una serie de reacciones que tienen lugar en un reactor y que las transforma en productos. Las reacciones químicas que ocurren en los reactores van desde simples procesos térmicos como la calcinación hasta reacciones orgánicas de polimerización. Tratamientos físicos finales: Finalizada la etapa anterior, se procede a una purificación y separación de los productos obtenidos. Las técnicas utilizadas son: destilación, extracción, cristalización, sedimentación y filtración

67 Proceso productivo Materias primas Tratamientos físicos iniciales
Tratamientos químicos Tratamientos fisicos finales Productos Subproductos

68 Elaboración de hierro La transformación de los minerales de hierro en hierro metálico se realiza por un proceso química de reducción con monóxido de carbono, en un horno que por su altura se denomina alto horno. Las materias primas son el mineral de hierro previamente triturado, la piedra caliza (CaCO3) y el carbón coque ( C ). El producto que se obtiene se llama hierro fundido, que contiene entre 2 y 5% de carbono.

69 Proceso obtención del hierro
1.- Se carga el alto horno con las materias primas. 2.- Se inyecta aire seco, caliente y a alta presión por la parte de abajo del horno. Lo cual hace arder el carbón coque. 3.- El oxígeno del óxido de hierro reacciona con el monóxido de carbono proveniente del coque y el hierro se funde. Cada tres o cuatro horas se deja escapar el hierro fundido. 4.- Las impurezas ( escoria) que flotan en la superficie colada de hierro son eliminadas y el hierro fundido fluye a los moldes para formar lingotes de hierro.

70 Proceso obtención del hierro.

71 Industria del plástico
1.-Extrusión: método que se utiliza para fabricar tubos, láminas o fibras de polímeros. Los gránulos son fundidos en calefactores, convirtiéndose en un líquido pegajoso y espeso, el que se hace pasar a través de una boquilla especial (o hiladora para las fibras) que le da la forma deseada. Una vez que se enfría se endurece. 2.- Vaciado: Este método permite dar al plástico una forma definida. Los gránulos son introducidos con fuerza a la máquina y se funden en los calefactores. Luego se introduce a presión en un molde que se refrigera con agua para que el plástico se solidifique. 3.- Conformado por vacío: Este proceso confiere al plástico formas complicadas. La lámina de plástico es calentada encima del molde y luego se extrae de éste el aire. La presión de aire sobre la lámina hace que ésta sea absorbida y caiga sobre el molde. Una vez frío, el plástico se extrae del molde.

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73 Vidrio El vidrio es uno de los materiales artificiales más antiguos. Se elaboró por primera vez hace unos 5000 años en Egipto por calentamiento de una mezcla de arena (silicatos), carbonato de sodio (Na2CO3) y piedra caliza o carbonato de calcio (CaCO3). Al fundirse la mezcla se convierte en un líquido homogéneo, que al enfriarse se hace duro y transparente. El vidrio resulta muy útil porque es fácil de moldear, es barato, no se oxida, se puede reciclar y permite fabricar una gran cantidad de objetos. Los ingredientes del vidrio se pueden mezclar en distintas proporciones. También se pueden sustituir parcial o totalmente por óxidos de diversos metales, consiguiendo diferentes tipos de vidrio. Por ejemplo, en la elaboración de cristalería de mesa se usa óxido de plomo en vez de carbonato de calcio.

74 Obtención del petróleo
Para poder ubicar un pozo de petróleo que puede encontrarse hasta alrededor de metros de profundidad se utilizan diversas formas de detección. Entre ellas, la exploración geológica y la sísmica. Exploración geológica: Consiste en determinar las diversas características de las rocas de un sector y estudiar además las capas de la corteza terrestre, lo que en conjunto dará un indicio de la probable existencia de un yacimiento.

75 Obtención del petróleo
Exploración sísmica: Consiste en la producción de ondas acústicas generadas por una explosión hecha a gran profundidad y en la detección, por medio de instrumentos, del desplazamiento de las ondas por el interior de la Tierra y su posterior regreso a la superficie. Este método permite conocer la estructura del subsuelo. Una vez que el pozo de petróleo es ubicado, se da comienzo a la perforación y a la colocación de tubos de acero, hasta llegar a un depósito mismo. Por efectos de la presión que se genera internamente por la presencia de gas, el petróleo sube por la tuberías hacia el exterior. El petróleo, tal cual sale del pozo, presta pocas utilidades, de modo que es necesario proceder a someterlo a diferentes etapas del procesamiento, con el fin de sacar la mayor utilidad posible de él, teniendo en consideración, que no es un recurso renovable, en estas condiciones se le denomina crudo.

76 Obtención del petróleo
En primer lugar se procede a extraer impurezas, agua y gases, que vienen mezclados con el petróleo. El gas que se obtiene de los pozos es conocido como gas natural y es transportado en tuberías para su posterior utilización como combustible. El crudo del petróleo es llevado a través de un oleoducto hasta las refinerías, donde es sometido en primer término a una destilación fraccionada.

77 Obtención de ácido sulfúrico.
La fabricación del ácido sulfúrico se realiza en tres etapas. 1.- En la primera se calientan el azufre y aire para formar dióxido de azufre, SO2 (g). 2.- Proceso de contacto: El SO2 se mezcla con aire nuevamente y se forma trióxido de azufre, SO3 (g). 3.- Finalmente pasa por un chorro de ácido sulfúrico pulverizado que lo absorbe, formándose un líquido concentrado y penetrante llamado óleum.

78 Otros usos de H2SO4 El ácido sulfúrico se utiliza principalmente para hacer fertilizantes. También se usa para fabricar productos orgánicos, pinturas, pigmentos, rayón, en la refinación del petróleo y procesos metalúrgicos. También está presente en las baterías de plomo que usan los automóviles.

79 Proceso de obtención del cobre
Purificación del cobre a partir de minerales oxidados: 1.-Chancado: El mineral extraído del yacimiento es llevado a la planta de chancado, donde es molido hasta alcanzar partículas de un tamaño de entre 20 y 25 mm. 2.- Lixiviación: El mineral, después del chancado, se deposita en estanques, siendo sometido a la acción de ácido sulfúrico, el que disuelve los óxidos dejando al Cu+2 en solución acuosa.

80 Proceso de obtención del cobre (minerales oxidados):
3.- Extracción por solventes: La solución proveniente de la lixiviación es tratada en estanques, con un reactivo orgánico especial que retira el cobre de la solución, dejando en ellas impurezas de Fe, Al, y Mn fundamentalmente. Posteriormente, el cobre es recuperado del reactivo orgánico mediante una solución de cobre ácida, lo que permite obtener una solución que contiene aproximadamente unos 40 g de cobre, por cada litro de solución.

81 Proceso de obtención del cobre: minerales oxidados
4.- Precipitación electrolítica: esta solución concentrada de cobre es llevada a estanques, en los cuales es sometida al proceso de electrólisis, es decir se introduce un cátodo que es una lámina de cobre muy delgada, y un ánodo, que puede ser de plomo y en el cual se genera O2 y se hace pasar corriente eléctrica por la solución. El proceso dura 7 días, al término de los cuales en el cátodo se han depositado unos 70 kg de cobre de 99,9 % de pureza.

82 Proceso de obtención del cobre: Minerales sulfurados
1.- Chancado: El mineral es llevado a la planta procesadora y triturado en tres chancadoras diferentes, de tal modo que el material se reduce a partículas de10 a 12 mm. 2.- Molienda: El material proveniente del chancado se mezcla con agua y se hace pasar a través de molinos que en su interior tiene barras o esferas de acero, que permiten reducir el tamaño, alcanzando aproximadamente 0,2 mm.

83 Proceso de obtención del cobre: Minerales sulfurados
3.- Flotación: Cuando el mineral sale de la molienda, es llevado a unos estanques, en los cuales, desde el fondo, se le burbujea aire. Las partículas de cobre se adhieren a estas burbujas, llegando hasta la superficie, de donde pasan a unas canaletas. El resto del material se saca del fondo del estanque y es depositado en lo que se llama estanques de relave. Junto al concentrado de cobre, se obtiene también molibdenita y sulfuro de molibdeno, que es separado del cobre por otro proceso de flotación.

84 Proceso de obtención del cobre: Minerales sulfurados
4.- Espesamiento: De la etapa de la flotación, el concentrado de cobre sale con una gran cantidad de agua, que es retirada en unos estanques llamados espesadores, en los cuales el material sólido se separa por decantación. 5.- Filtración y secado: El concentrado de cobre se hace pasar a traves de filtros, para extraer el agua, y el filtrado es llevado luego a estanques de secado, donde queda con alrededor del 5% de agua.

85 Proceso de obtención del cobre: Minerales sulfurados
5.- Filtración y secado (continuación): El material que queda contiene un 40 – 50% de cobre, es llevado a hornos convertidores, a los cuales se hace llegar aire enriquecido con oxígeno, que permite retirar restos de hierro y azufre. En estos hornos convertidores se obtiene el llamado cobre blíster, con 99,3% de pureza. Este cobre es llevado a hornos de refino y moldeo, en los cuales se obtienen ánodos de 99,8% de pureza que serán empleados en la última etapa.

86 Proceso de obtención del cobre: Minerales sulfurados
6.- Fundición: Cuando el concentrado está seco, se lleva a hornos de fusión, que permiten pasar el cobre al estado líquido a los 1200ºC. En esta etapa se eliminan las impurezas del cobre. 7.- Refinación electrolítica: Aquí se eliminan las impurezas que aún pudieran quedar de las etapas anteriores y se recuperan metales preciosos, como oro, plata, platino que se encuentran junto al cobre. El proceso se lleva a cabo en estanques que contienen soluciones de H2SO4 y CuSO4. En ellas se introducen los ánodos de cobre obtenidos en el proceso final de fundición, y como cátodos se usan láminas de cobre puro. Se hace pasar corriente electrica por 12 dias, durante los cuales los ánodos de cobre se disuelven, depositándose en el cátdo que aumenta su masa a 170 kg con 99,9% pureza

87 Chile y la reserva mundial de minerales
% reserva en el mundo Posición en el ámbito mundial en reservas Cobre 35 1 Nitratos 100 Litio 88 Renio 52 Yodo 14 2 Molibdeno 20 Boro 5 6

88 Chile y la producción mundial de minerales
% de la producción mundial Lugar ocupado en la producción mundial Cobre 30 1 Nitrato 100 Litio 64 Renio 36 2 Yodo 55 Molibdeno 18 3 Boro 5 Plata 9

89 Industrias químicas en Chile
La industria química en Chile se compone de unas 130 empresas que producen alrededor de 300 sustancias químicas industriales. Las principales exportaciones corresponden a compuestos inorgánicos (nitratos, yodo y derivados de litio), metanol y especialidades intermedias. Se registra también una cantidad importante de exportaciones químicas indirectas, que corresponden a productos químicos utilizados por los sectores más importantes del país: minería del cobre, industria de la celulosa- papel y la agroindustria.