Estudio de las familias de elementos químicos, las propiedades y los compuestos de los elementos (Química Inorgánica)

Presentación del tema: "Estudio de las familias de elementos químicos, las propiedades y los compuestos de los elementos (Química Inorgánica)"— Transcripción de la presentación:

1 Estudio de las familias de elementos químicos, las propiedades y los compuestos de los elementos
(Química Inorgánica)

2 Estudio de los elementos químicos de interés agronómico (para usarlos según sus propiedades)
QUÍMICA I … Tabla Periódica Períodos y grupos Llenado de orbitales Tendencias periódicas

3 Tabla Periódica y propiedades periódicas
Períodos y grupos Propiedades que cambian a lo largo del Período Los elementos del mismo Grupo (columna) tienen propiedades similares (Familia) El radio atómico, el llenado de distintos orbitales, la tendencia a perder los electrones externos, etc. justifican las propiedades

4 Elementos químicos en las plantas

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7 Los elementos necesarios para la vida de
las plantas, ubicados en la Tabla Periódica Recordar: En el nivel 1 se llenan orbitales de tipo s En el nivel 2 se llenan orbitales de tipo s y de tipo p En el nivel 3 se llenan orbitales de tipo s, de tipo p y de tipo d

8 Integrando los conocimientos…
La química inorgánica estudia todos los compuestos derivados de cada elemento y sus reacciones. En nuestro enfoque vamos a concentrarnos en los elementos de interés agronómico, ya sea por ser nutrientes ó por cumplir otras funciones imprescindibles para las plantas ó para el suelo. Para esto se deben integrar las propiedades de cada familia de elementos y el estudio realizado de los 4 principales equilibrios : ácido-base, precipitación, óxido-reducción y de formación de iones complejos, para saber cuáles son importantes en cada caso.

9 Grupo IV de la Tabla periódica
Presentación y tendencias generales Elementos de interés agronómico: Carbono y Silicio

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11 Grupo IV de la Tabla periódica
Carbono (C) Silicio (Si) Germanio (Ge) Estaño (Sn) Plomo (Pb) Borrar Configuración electrónica de la última capa del grupo IV : ns2 np2

12 Abundancia….. CARBONO SILICIO GERMANIO ESTAÑO PLOMO
Se encuentra libre en la naturaleza? si no Abundancia en el planeta 0,06% 25,5% 0,004% 0,040% 0,015% Abundancia en la litosfera 0,027% 8,1% < 0,02% Abundancia en los seres vivos 18,0% -

13 Comparación de propiedades de los elementos del Grupo IV
Si Ge Sn Pb Conf. Electrónica 2s22p2 3s23p2 4s24p2 5s25p2 6s26p2 1º E. Ioniz kJ/mol 1086.5 786.5 762 708.6 715.6 Radio Atómico 0.67 1.11 1.25 1.45 1.54 Electronegatividad 2.5 1.8 Punto de Fusión ºC 3500 1420 958.5 231 327.5 Estado de oxidación +4 2 Estado elemental Sólido covalente Sólido covalente Sólido metálico Comportamiento No metal Anfótero Tipos de uniones Hibridizacion sp3, sp2 y sp sp3 Forman cationes +2 y +4, pero también aniones de oxoácidos Sacar N° atomico masa atomico PE agregar

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15 Elementos de interés agronómico en el Grupo IV: carbono y silicio
Elementos de interés agronómico en el Grupo IV: carbono y silicio. Ambos no metales, forman uniones covalentes Comparación entre estos elementos El carbono es un elemento único por poder formar cadenas estables muy largas, lineales, cíclicas ó ramificadas de carbonos unidos entre sí. Además, entre dos C pueden formarse enlaces dobles y triples por solapamiento lateral enlaces p. El silicio en cambio, solo da cadenas estables de hasta 6 átomos. Sólo puede formar uniones simples con hibridización sp3 debido a que su mayor radio atómico que no permite que los orbitales p lleguen a solaparse.

16 Otra importante diferencia
El carbono forma enlaces fuertes consigo mismo y con la mayoría de los no metales. Los variados compuestos de carbono que así se originan son los compuestos orgánicos que constituyen los seres vivos El silicio forma enlaces fuertes principalmente con el oxígeno, lo que domina su comportamiento químico. El óxido de silicio y los silicatos forman el 90% de la corteza terrestre y son la base de la mayoría de los minerales inorgánicos

17 Elemento el CARBONO: Estados de oxidación
C -4 Materia Orgánica -Hidrocarburos Metano (CH4) C +4 Dioxido (CO2)y carbonatos (CO3=) C +2 Monoxido (CO) de estos compuestos cuales son mas estables que significa como están en la naturaleza

18 En la tabla de potenciales estándar de reducción
CO2 (g) + 2H+ + 2e− → CO(g) + H2O −0.11 v CO (g) + 2H+ + 2e− → C(s) + H2O v SiO2(s) + 4H+ + 4e− → Si(s) + 2H2O −0.91v Pb2+(ac) + 2e− → Pb(s) −0.13 v Se reacciones que involucran al C y que tiene distintos pot de red. Que significa? Que signif un pot de red (_) que la reaccion es no es espontanea entonces la reaccion que se produce mas facilmente es la inversa esto es que el C prefiere estar como CO2.

19 Isótopos del carbono Alótropos del carbono El diamante El grafito 12C
Símbolo Z (p) N (n) Masa Isotópica Comp. Isotòpica 12C 6 12 por definición 0.9893 13C 7 0.0107 Alótropos del carbono Que es un isotopo Que es un alotropo El diamante El grafito

20 formas alotrópicas del carbono: Diferencias
Diamante Sólido rígido, incoloro translúcido La sustancia más dura conocida Poco reactivo, estable Alto punto de fusión Menor entropía No conduce Grafito Sólido quebradizo negro, con brillo metálico. Untuoso Reactividad moderada. Menor punto de fusión. Mayor entropía. Conduce la electricidad

21 Hibridización sp3 y estructura del diamante

22 Hibridización sp2 y estructura del grafito

23 sólo en el Carbono hay Posibilidad de diferentes hibridizaciones : viene dada por su radio pequeño que permite el solapamiento lateral de los orbitales p (posibilidad de enlaces múltiples)

24 Formas de carbono en la naturaleza
Fase Sólida C(S) Carbón (coque) GRAFITO CO3= concreciones en suelo y minas. En mar 1-2 Compuestos Orgánicos (MO y humus) Fase Líquida CO3=/HCO3- disueltos en H2O-2 Hidrocarburos 4 Fase gaseosa CO2 en suelo producto de respiración de plantas y microorganismos, en agua y en atmosfera CH4, pozos petroleros y en suelo en condiciones ….. Incluir grafico de torta de abundancia de estos compuestos.

25 Los óxidos de carbono y silicio
Tanto el carbono como el silicio reaccionan con oxígeno con estado de oxidación +4, formalmente CO2 y SiO2, pero estas sustancias resultan totalmente distintas. (El carbono presenta otro óxido de estado de oxidación +2, el monóxido de carbono CO, de mucha menor abundancia e importancia, excepto por ser tóxico. Al igual que el C elemental , el CO es reductor de minerales a metales)

26 Comparación entre los óxidos de carbono y silicio
Molécula triatómica, geometría electrónica y molecular lineal Gas a temp. ambiente Bajo punto de ebullición Bastante soluble en agua Reactivo. En estado sólido es un sólido molecular SiO2 Macromolécula, red infinita de enlaces tetraédricos covalentes. Sólido covalente ( infinitos enlaces covalentes entre átomos) Sólido muy duro. Alto punto de fusión. Insoluble en agua. No reactivo, es el compuesto más estable del Si.

27 La estructura electrónica justifica esas propiedades
El CO2 es una molécula discreta El SiO2 no es una molécula

28 Los equilibrios del CO2 en los cuerpos de agua
Comportamiento ácido- base del dióxido de Carbono

29 Equilibrios de precipitación de los carbonatos
- Bicarbonatos: solubles - Carbonatos con cationes del Gr I: solubles Carbonatos con cationes del Gr II: insolubles Son todos compuestos iónicos pero a mayor energía de red se hacen más insolubles

30 CARBONATOS EN LOS SUELOS
2 CO3H-1 + Ca+2  CaCO3 + H2O + CO2 CaCO3 + H2O + CO2  Ca(HCO3)2

31 Otros compuestos del carbono: los hidrocarburos

32 Más compuestos del carbono y el oxígeno
Son en general compuestos ternarios C, H, O Celulosa: polímero de glucosa REDOX

33 Compuestos Organicos (C, O, H y N)
Agregar Azucares y Grasas ADN PROTEÍNAS

34 RESUMIENDO y RECORDANDO........

35 Curva de titulación del ácido carbónico
ZONA BUFFER

36 Comportamiento Redox - El C puede presentar compuestos estables con muchos estados de oxidación entre -4 y +4. - En cambio el Si, por unirse siempre a O en la naturaleza se encuentra siempre en su máximo estado de oxidación

37 Compuestos de C,O,H y N ADN PROTEÍNAS

38 Fotosíntesis y Respiración
AUTOTROFOS Son aquellos individuos que generan su propio alimentos,a partir de sustancias inorgánicas. Producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, ( sust. Inorgánica), como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos fotosintéticos. Fotosíntesis y Respiración HETERÓTROFOS Son aquellos individuos que deben alimentarse con sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos (autótrofos o heterótrofos). Bacterias y animales. Respiración El carbono es una parte esencial de la vida en la Tierra. Desempeña un papel importante en la estructura, bioquímica y nutrición de todas las células vivas. El carbono se transfiere dentro de la biosfera cuando los heterótrofos se alimentan de otros organismos o de sus partes (por ejemplo, frutas). Esto incluye el consumo de material orgánico muerto (detritos) por hongos y bacterias para su fermentación o putrefacción. La mayor parte del carbono deja la biosfera mediante la respiración. Cuando el oxígeno está presente, se produce la respiración aeróbica, que libera el dióxido de carbono en el aire circundante o el agua, siguiendo la reacción: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Por otra parte, en ausencia de oxígeno, la respiración anaerobia libera metano en el ambiente circundante, que finalmente sigue su camino hacia la atmósfera o la hidrosfera (por ejemplo, el gas de los pantanos o el de las flatulencias). La combustión de biomasa (como fuegos forestales, madera usada para la calefacción y cualquier otra materia orgánica) también puede transferir cantidades sustanciales de carbono a la atmósfera. Queda mucho por aprender sobre el ciclo del carbono en el océano profundo. Por ejemplo, un descubrimiento reciente es que las casas mucosas de las larváceas (comúnmente conocidas como "plomos") se crean en tal cantidad que pueden proporcionar tanto carbono al océano profundo como el que es descubierto por las trampas de sedimento. A causa de su tamaño y composición, estas casas (dos filtros mucosos donde vive la larvácea) son raramente recogidas en tales trampas, por lo que la mayor parte de los análisis de biogeoquímicos no las han tenido en cuenta erróneamente. El almacenamiento de carbono en la biosfera está bajo la influencia de varios procesos en escalas de tiempo diferentes: mientras la productividad primaria neta sigue un ciclo diurno y estacional, el carbono puede ser almacenado hasta varios cientos de años en los árboles y hasta miles de años en los suelos. Los cambios de estos fondos de carbono a largo plazo (por ejemplo por repoblación forestal o por cambios relacionados con la temperatura en la respiración del suelo) pueden afectar así al cambio climático global.

39 El ciclo del carbono El ciclo del carbono son las transformaciones químicas de compuestos que contienen carbono en los intercambios entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. Es un ciclo de gran importancia para la supervivencia de los seres vivos en nuestro planeta, debido a que de él depende la producción de materia orgánica que es el alimento básico y fundamental de todo ser vivo. El carbono es un componente esencial para los vegetales y animales. Interviene en la fotosíntesis bajo la forma de CO2 (dióxido de carbono) o de H2CO3 (ácido carbónico), tal como se encuentran en la atmósfera. Forma parte de compuestos como: la glucosa, carbohidrato fundamental para la realización de procesos como la respiración y la alimentación de los seres vivos, y del cual se derivan sucesivamente la mayoría de los demás alimentos. La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 21 años. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración, los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles. Los productos finales de la combustión son CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo indispensable para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2 empleada en la fotosíntesis. En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc. En el ciclo del carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios. Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire. Índice 1 Tipos de ciclos 1.1 Ciclo biológico 1.2 Ciclo biogeoquímico 2 Almacenamiento 3 Explotación 4 Enlaces externos Tipos de ciclos Ciclo biológico Comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir, la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración que lo devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación del carbono atmosférico se produce cada 20 años. Ciclo biogeoquímico Artículo principal: Ciclo biogeoquímico. Regula la transferencia de carbono entre la Hidrósfera, la atmósfera y la litosfera (océanos y suelo). El CO2 atmosférico se disuelve con facilidad en agua, formando ácido carbónico que ataca los silicatos que constituyen las rocas, resultando iones de bicarbonato. Estos iones disueltos en agua alcanzan el mar, son asimilados por los animales para formar sus tejidos, y tras su muerte se depositan en los sedimentos en forma de carbonatos. El retorno a la atmósfera se produce en las erupciones volcánicas tras la fusión de las rocas que lo contienen. Este último ciclo es de larga duración, al verse implicados los mecanismos geológicos. Además, hay ocasiones en las que la materia orgánica queda sepultada sin contacto con el oxígeno que la descomponga, produciéndose así la fermentación que lo transforma en carbón, petróleo y gas natural.Luego el proceso se hace de nuevo. Almacenamiento El almacenamiento del carbono en los depósitos fósiles supone en la práctica una rebaja de los niveles atmosféricos de dióxido de carbono. Si éstos depósitos se liberan, como se viene haciendo a gran escala, desde la revolución industrial, con el carbón, o más recientemente con el petróleo y el gas natural, el ciclo se desplaza hacia un nuevo equilibrio en el que la cantidad de CO2 atmosférico es mayor; más aún si las posibilidades de reciclado del mismo se reducen al disminuir la masa bos

40 Cantidad de C expresada en Billones de tn lo podemos expresar en %

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42 El efecto invernadero Perturbacion en la produccion del Co2 por accion antropogenica, que influencia tiene sobre la produccion agrop

43 El Silicio En la naturaleza se presenta siempre unido a oxígeno con hibridización sp3

44 SiO2 no es una molécula sino una fórmula mínima
Mientras el CO2 es una molécula discreta SiO2 no es una molécula sino una fórmula mínima Estructura electrónica del dióxido de carbono y del dióxido de silicio

45 CO2 SiO2 Macromolécula, Molécula triatómica,
geometría electrónica y molecular lineal Gas a temp. ambiente Bajo punto de ebullición Bastante soluble en agua Reactivo En estado sólido es un sólido molecular SiO2 Macromolécula, red infinita de enlaces tetraédricos covalentes. Sólido muy duro Alto punto de fusión Insoluble en agua No reactivo. Sólido covalente Justificar por estrucutura

46 SiO2 no es una molécula sino una fórmula mínima
Solido covalente reduro pto de fusion alto dificil de degradar implica quimicamente estable. Molido iual arena.

47 Minerales de sílice

48 Estructura de las micas
Las cargas negativas entre láminas se compensan con cationes

49 Cuarzo Mica

50 Silicatos SIMPLES y COMPLEJOS
¿Sales de” ácido silícico”? El ácido silícico no es como el ácido carbónico: consiste en formas hidratadas de SiO2 de fórmula x SiO2y H2O. El reemplazo de H por metales constituye los silicatos simples, p.ej. Asbesto: Mg3H4Si2O9 ó 3MgO.2SiO2.2 H2O. Los silicatos complejos son los Sílicoaluminatos Feldespatos con distintas fórmulas mínimas Ej: ortoclasa K2Al2Si6O16 ó K2O.Al2O3.6SiO2 Zeolitas (sílicoaluminatos hidratados de metales alcalinos) cristalinas con poros y cavidades que permiten la libre circulación de agua y el intercambio catiónico El vidrio es un silicato amorfo obtenido por enfriamiento rápido de arena (cuarzo). Se podría definir como un líquido infinitamente viscoso.

51 Sílicoaluminatos Feldespato : Constituye cerca del 50% en peso de la corteza terrestre y es el componente principal de la mayoría de las rocas. Los feldespatos son aluminosilicatos de potasio, sodio y calcio. Según su composición se clasifican en: 1) alcalinos: potásicos ó sodicos 2) sódico cálcicos El material conocido como “granito” es una mezcla de mica, cuarzo y feldespato

52 Feldespatos :Origen y composición
Se originan de una estructura semejante a la del cuarzo en la que algunos silicios de los tetraedros (Si+4) fueron sustituidos por aluminio (Al+3). Por cada Si sustituido sobra una carga negativa que debe compensarse con una carga positiva que la da un catión Según las distintas composiciones, hay dos grandes grupos feldespatos. Feldespatos alcalinos: Aparece sustituído un Al por cada tres Si, por lo que los huecos están ocupados por los cationes Na+ y K+ . Puede contener únicamente K, únicamente Na, o ambos. Las proporciones de los cationes pueden ser todas las posibles. Feldespatos calcicos (Plagioclasas): Aparecen sustituídos , dos Al por cada dos Si . Por eso es necesario la entrada de un mayor número de cationes para compensar las cargas negativas sobrantes. Puede ser aumentando el número de cationes monovalentes, o con cationes bivalentes, como el calcio.

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54 Sílicoaluminatos hidratados Mineral secundario
Zeolitas la descompensación de las cargas y la organización cristalina en forma de túneles (poros), las convierte en un poderoso intercambiador catiónico (hasta 650 meq/100g) y útiles en otras varias aplicaciones ARCILLAS sistema coloidal

55 Minerales primarios : Rocas Ígneas: Granito Pórfido y Calcita R
Minerales primarios : Rocas Ígneas: Granito Pórfido y Calcita R. Sedimentarias: Cuarzo – Calcita- Dolomita Aluminosilicatos (micas, cuarzo) R. metamórficas: Cuarzo, Calcita, feldespatos y mica Minerales secundarios: Derivan de los primarios y se diferencian por mayor grado de hidratación, menor tamaño de partícula y mayor estabilidad a la meteorización. Primario Forman el esqueleto del suelo. Pobres en nutrientes Particulas gruesas Secundarios:aleracion y descomposicion de los primarioLas rocas sedimentarias son rocas que se forman por acumulación de sedimentosque, sometidos a procesos físicos y químicos (diagénesis), dan lugar a materiales más o menos consolidados. Pueden formarse a las orillas de los ríos, en el fondo debarrancos, valles, lagos, mares, y en las desembocaduras de los ríos. Se hallan dispuestas formando capas o estratos. Las rocas metamórficas son las que se forman a partir de otras rocas mediante un proceso llamado metamorfismo. El metamorfismo se da indistintamente en rocas ígneas, rocas sedimentarias u otras rocas metamórficas, cuando éstas quedan sometidas a altas presiones(de alrededor de 1.500 bar), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido activo que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta. Al precursor de una roca metamórfica se le llama protolito.1 Las rocas metamórficas se clasifican según sus propiedades físico-químicas. Los factores que definen las rocas metamórficas son dos: los minerales que las forman y las texturas que presentan dichas rocas. Las texturas son de dos tipos, foliadas y no foliada. Estoa minerales secundarios adquieren caracteristicas coloidales ,y junto con la materia organica constituyen la fraccion mas activa del suelo

56 Otros compuestos de silicio
Los silanos: gases ó líquidos de fórmula Si6H14 (como máximo) inestables a las altas temperaturas y sobretodo frente a la hidrólisis. Las siliconas : estructura general Muy usadas por sus propiedades de estabilidad térmica, elasticidad mecánica, repelente del agua viscosidad alta y constante con la temperatura

57 Es el silicio un nutriente?
Se han detectado cristales de óxido de silicio en células vegetales asociados a estructuras de sostén. P.ej. en gramíneas . La forma de absorción por la raíz es como ácido silícico. Es muy difícil notar deficiencia, pero se observa aumento del rendimiento y de la resistencia a las enfermedades por fertilización con ácido silícico en especies como el arroz, cebada, girasol, tomate, remolacha, café, etc.