Actividad 6 diurno

1. A partir de los siguientes datos:

H_2(g) + F_2(g) → 2HF_(g)        ΔH°= -573KJ

C_(s) + 2F_2(g) → CF_4(g)         ΔH°=-680KJ

2C_(s) + 2H_2(g) → C₂H_4(g)    ΔH°=52,3KJ

a) Calcular la ΔH° para la siguiente reacción: C₂H_4(g) + 6F_2(g) → 2CF_4(g) + 4HF_(g)

2. El aluminio reacciona vigorosamente con muchos agentes oxidantes. Por ejemplo:

4Al_(s) + 3O_2(g) → 2Al₂O_3(s)                              ΔH°=-3352KJ/mol

4Al_(s) + 3MnO_2(s) → 3Mn_(s) + 2Al₂O_3(s)      ΔH°=-1792KJ/mol

a) Usando esta información determinar la entalpía de formación (de 1 mol) del MnO_2(s).

3. Dadas las ecuaciones termoquímicas siguientes, calcular ΔH a 298K para la reacción de etileno (C₂H₄) con agua (H₂O) para dar etanol (C₂H₅OH).          

C₂H_4(g) + H₂O_(l) → C₂H₅OH_(l)

C₂H₅OH_(l) + 3O_2(g) → 2CO_2(g) + 3H₂O_(l)       ΔH= -1.367 KJ/mol

C₂H_4(g) + 3O_2(g) → 2CO_2(g) + 2H₂O_(l)            ΔH= -1.411 KJ/mol

Lectura 4 sobre termodinámica diurno

Un punto clave, con respecto a la variación de entalpía, es la Ley de Hess. Esta ley propone que la variación de entalpía de una reacción química es siempre la misma, independiente del número de etapas por el cual se realice dicho proceso. Es decir, si una reacción química ocurre en una única etapa, tendrá una determinada variación de entalpía, y si esa misma reacción es llevada a cabo en una serie de pasos, su variación de entalpía será exactamente la misma.

Por ejemplo, si aplicamos esto en una reacción genérica, donde los reactivos se transforman en productos, esta reacción puede ocurrir directamente con una determinada variación de entalpía (ΔH_R), o podría ocurrir mediante la formación de una serie de intermediarios, donde cada paso tendría una variación de entalpía diferente (ΔH₁ , ΔH₂ , ΔH₃ y ΔH₄). Pero, si realizamos la suma de estas variaciones de entalpías individuales de los pasos, tendremos la variación de entalpía de la reacción global.

Además, esta ley nos permite determinar la variación de entalpía de reacciones que no pueden ser llevadas a cabo en un solo paso, o en condiciones que nos permita determinar directamente su variación de entalpía.

Para esto debemos sumar las ecuaciones químicas de diferentes reacciones (pasos), de manera que se pueda llegar a la ecuación química de la reacción deseada.

Esto se puede considerar como un sistema de ecuaciones, como en matemáticas, y por lo tanto a las ecuaciones químicas, para sumarlas y lograr la ecuación química deseada, se puede:

Ø  Multiplicar por un coeficiente. Esto permite obtener cantidades diferentes de los reactivos y productos en una reacción, y así conseguir las cantidades deseadas. El coeficiente utilizado puede ser un número mayor que 1 para obtenerse cantidades más grandes, o un número menor que 1 para obtenerse cantidades más pequeñas (se divide la ecuación química).

Ø  Invertir una reacción química. Muchas veces necesitamos una sustancia como reactivo (o producto) y en las reacciones de los pasos se encuentra como producto (o reactivo). Al invertir la reacción (planteando el proceso opuesto) solucionamos este inconveniente.

Veamos un ejemplo:

La acetona (CH₃COCH₃) es un solvente muy utilizado en el hogar, como disolvente del esmalte para las uñas. Conociendo las siguientes ecuaciones termoquímicas.

H_2(g) + 1/2O_2(g) → H₂O_(l)                                      ΔH°= -286,83 KJ/mol

        C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)                                          ΔH°= -393,13 KJ/mol

CH₃COCH_3(l) + 4O_2(g) → 3CO_2(g) + 3 H₂O_(l)        ΔH°= -1786 KJ/mol

Calcular ΔH_f para la acetona CH₃COCH₃ según la reacción: 3 C_(s) + 3 H_2(g) + ½ O_2(g) → CH₃COCH_3(l)

·         Para lograr llegar a la ecuación química deseada se debe identificar cada una de las sustancias involucradas en la reacción, en las ecuaciones de los pasos.

El C_(s) se encuentra en la ecuación 2, el H_2(g) en la primera ecuación, el O_2(g) en la primera, en la segunda y en la tercera ecuación, y el CH₃COCH_3(l) en la tercera ecuación.

H_2(g) + ½ O_2(g) → H₂O_(l)

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)

CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g) → 3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l)

·         Las demás sustancias que no pertenecen a la reacción deseada, son intermediarios y al finalizar la suma de las ecuaciones químicas, deben anularse (desaparecer).

H_2(g) + ½ O_2(g) → H₂O_(l)

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)

CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g) → 3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l)

·         Para empezar a sumar las ecuaciones químicas, vamos a elegir aquellas sustancias que aparezcan en una sola reacción (H_2(g) , C_(s) , CH₃COCH_3(l)), hacer la transformación necesaria para obtener la cantidad deseada y en la posición requerida (reactivo o producto). Las sustancias deseadas que aparezcan en más de una reacción, la vamos a dejar para el final.

ü  Si empezamos por el H_2(g) necesitamos para nuestra reacción (3 C_(s) + 3 H_2(g) + ½ O_2(g) → CH₃COCH_3(l)) 3 moles, como reactivo.

En la reacción 1, donde aparece el H_2(g) , tiene solo 1 mol, por lo que debemos multiplicar la ecuación x3. Ya aparece como reactivo, por lo que no debemos invertirla.

ü  En el caso del C_(s) , necesitamos 3 moles, como reactivo.

La ecuación 2 presenta solo 1 mol, por lo que debe ser multiplicada x3. Ya aparece como reactivo, por lo que no debemos invertirla.

ü  En cuanto al CH₃COCH_3(l) , necesitamos 1 mol, como producto.

La ecuación 3 aporta 1 mol, como necesitamos, por lo que no debemos cambiar las cantidades, multiplicamos x1. Como aparece como reactivo y lo necesitamos como producto, debemos invertir la ecuación, invirtiendo el signo de la multiplicación (x-1).

¿Cómo se plantean los cambios realizados?

 (H_2(g) + ½ O_2(g) → H₂O_(l)) x3

(C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)) x3

(CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g) → 3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l)) x-1

¿Cómo quedan las ecuaciones después de estos cambios?

3 H_2(g) +  3/2 O_2(g) → 3 H₂O_(l)

3 C_(s) + 3 O_2(g) → 3 CO_2(g)

3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l) → CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g)

Ahora se deben sumar las ecuaciones

3 H_2(g) +  3/2 O_2(g) → 3 H₂O_(l)

3 C_(s) + 3 O_2(g) → 3 CO_2(g)

3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l) → CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g)

3 H_2(g) +  9/2 O_2(g) + 3 C_(s) + 3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l) → 3 H₂O_(l) + 3 CO_2(g) + CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g)

Las sustancias que se repiten en ambos lados de la ecuación, en cantidades iguales, se anulan (tachan) y las que aparezcan en cantidades diferentes se restan y se coloca el resultado del lado que hay más (reactivo o producto).

3 H_2(g) +  9/2 O_2(g) + 3 C_(s) + 3 CO_2(g) + 3 H₂O_(l) → 3 H₂O_(l) + 3 CO_2(g) + CH₃COCH_3(l) + 4 O_2(g)

3 H_2(g) +  ½ O_2(g) + 3 C_(s) → CH₃COCH_3(l)

Si la ecuación química obtenida (3 H_2(g) +  ½ O_2(g) + 3 C_(s) → CH₃COCH_3(l)) es idéntica a la reacción química deseada (3 C_(s) + 3 H_2(g) + ½ O_2(g) → CH₃COCH_3(l)), entonces las suma de las variaciones de entalpías de esas reacciones es la variación de entalpía de la reacción deseada.

A los ΔH de las reacciones se le deben hacer las mismas modificaciones que a las ecuaciones químicas. Por lo tanto al ΔH de la ecuación se multiplica x3, al ΔH de la ecuación 2 se lo multiplica x3 y al ΔH de la ecuación 2 se lo multiplica x-1.

ΔH°₁= - 286,83 x3 = - 860,49KJ

        ΔH°₂= - 393,13 x3 = - 1179,39KJ

ΔH°₃= - 1786 x-1 = + 1786KJ

El ΔH de la reacción deseada será: - 860,49 - 1179,39 + 1786 = - 253,88KJ

Actividad 5 nocturno

1. Observa la siguiente imagen.

a) ¿Con qué función/es de las proteínas se podría relacionar? ¿Por qué? Desarrolle la idea todo lo que pueda.

     2.  Muchas plantas como las gramíneas producen gran cantidad de semillas, de diversas formas y tamaños.

a) Explique la función/es que pueden cumplir las proteínas presentes en las semillas.

      3. Debido a que el cuerpo humano no puede almacenar las proteínas, es necesaria una dieta balanceada que satisfaga las necesidades diarias de cada proteína. La siguiente tabla indica la ración de proteínas diaria aconsejada según algunas edades.

Edad	Peso promedio (Kg)	Ración diaria (g)
0 a 6 meses	6	13
15 a 18 años	58	46
51 o más años	65	50

a) ¿A qué edad se requiere mayor cantidad de proteínas?

b) ¿Qué edad requiere más proteínas por Kg de masa corporal?

c) ¿Cuál será la diferencia en necesidades diarias de proteínas con el transcurso del tiempo?

Lectura sobre Proteínas Nocturno

Son las biomoléculas más abundantes, encontrándose miles de tipos diferentes. Su variabilidad y las funciones que cumplen las hacen ser esenciales para la vida en el planeta. Probablemente han sido las primeras moléculas orgánicas complejas en crearse hace millones de años.

Concepto

Son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Son sustancias orgánicas nitrogenadas complejas que forman diversas estructuras tridimensionales que les proporciona una gran variedad de funciones.

Características

Están formadas de por lo menos 50 aminoácido unidos por enlaces peptídicos que forman largas cadenas. En algunos casos las cadenas pueden llegar a estar formadas por 4500 restos de aminoácido. Estas cadenas son fácilmente alteradas ya que se mantienen unidas por fuerzas electroestáticas débiles, en la mayoría, enlaces covalentes no polares.

La composición en aminoácido de cada proteína es característica y única, no existiendo dos proteínas con la misma composición. Cuando se hidroliza una proteína completamente, se produce una mezcla de α-aminoácido que es propia de cada proteína.

Son de masa molecular muy variada, desde 5000 unidades a varios millones. De su masa molecular relativa se puede aproximar la cantidad de aminoácido que presenta la proteína. Para esto se debe dividir la masa molar relativa entre 110, valor que se establece de hacer un promedio de la masa molar de los aminoácidos que aparecen formando las cadenas peptídicas (considerando las proporciones y restando la masa molar de una molécula de agua que se elimina al formar el enlace, se llega al valor 110, la masa molar relativa media de los aminoácidos).

Son muy reactivas debido a la cantidad de cadenas laterales con grupos aniónicos y catiónicos de los restos de aminoácido. La gran variedad de cadenas laterales puede reaccionar con muchas sustancias formando diversos tipos de sustancias derivadas de las proteínas.

Las soluciones de las proteínas son coloidales, debido al gran tamaño que presentan sus moléculas. Una solución coloidal es aquella donde una sustancia se mezcla con la otra sin disolverse totalmente debido al tamaño de las partículas, pero no llega a ser una suspensión como el agua con tierra donde se pueden diferenciar los dos componentes.

Clasificación

Las proteínas se pueden clasificar de dos maneras diferentes, según su producto de hidrólisis y según la solubilidad en agua.

Según producto de hidrólisis

Algunas proteínas están formadas únicamente por restos de aminoácido, mientras que otras presentan otros grupos químicos adicionales.

Simples: Al hidrolizarse este tipo de proteínas solo se obtienen α-aminoácido.

Conjugadas: Estas proteínas al ser hidrolizadas dan como productos restos de aminoácido y productos no protéticos (parte no aminoácida de la proteína), como puede ser metales como el hierro o magnesio en las metaloproteínas u otros grupos químicos como lípidos en las lipoproteínas.

Según la solubilidad en agua

La solubilidad en agua de las proteínas varía según el tipo de estructura que está presente y el tipo de aminoácido que la estén formando.

Solubles: son las proteínas globulares, estas se pueden disolver en agua o soluciones ácidas, básicas o con presencia de sales.

Estas moléculas se encuentran plegadas, formando unidades compactas, donde los grupos hidrófilos quedan posicionados hacia el exterior de la molécula, interactuando con el agua por la presencia de grupos cargados. 

Insolubles: son aquellas que no se van a poder disolver en agua, a estas proteínas se les llama fibrosas.

Estas moléculas se encuentran estabilizadas principalmente por la presencia de muchos enlaces de hidrógeno, haciendo que el disolvente tenga que vencer una fuerza muy grande, ocasionando así que sean insolubles.

Se presentan en largas moléculas en forma de hilos las cuales tienden a juntarse para dar fibras.

Tipos de proteínas:

Otra clasificación que se le puede realizar a las proteínas es según el origen del cual provienen, es decir, si son de origen animal o vegetal.

Proteínas de origen animal: Por lo general, las proteínas que provienen de los animales tienen una mayor variedad de aminoácido, entre los cuales se encuentran aquellos que son esenciales. Una dieta rica en proteínas de este origen tiende a satisfacer las necesidades diarias de aminoácido esenciales.

Proteínas de origen vegetal: A diferencia de las proteínas de origen animal, estas tienen menor variedad de aminoácidos y son pobres en aminoácidos esenciales. Las personas que prefieren seguir una dieta estrictamente vegetariana deben consumir algún tipo de suplemento que les proporcione los aminoácidos esenciales que no logra consumir con los vegetales.

La imagen que se presenta a continuación tiene algunas de las fuentes de proteínas más comunes, ya sean de origen animal o vegetal.

Consumir diferentes tipos de fuentes de proteínas ayuda a suplir las necesidades de aminoácidos, además de conseguir un gran aporte de minerales y vitaminas.

Funciones e importancia biológica

Las proteínas se pueden considerar como las biomoléculas de mayor importancia, ya que en todas las células se encuentran presentes interviniendo en casi todos los procesos que allí ocurren.

Dentro de las funciones biológicas, las proteínas tienen una serie de funciones muy variadas, las cuales dependen de la secuencia de aminoácidos que la estén formando, las que se explicarán a continuación.

Función de defensa: Muchas proteínas protegen el cuerpo contra otras especies invasoras, reconociéndolas para luego precipitarlas o neutralizarlas. Otras funcionan como coagulantes de la sangre protegiendo de la pérdida de sangre por las heridas.

Función catalítica: Las enzimas son proteínas muy específicas que se utilizan para catalizar (acelerar) reacciones químicas. Cada enzima cataliza únicamente un tipo de reacción química, por lo que son muy específicas.

Función de transporte: Pueden transportar moléculas o iones de forma muy específica. Este transporte en general se realiza de un órgano a otro. Las proteínas de transporte se encuentran principalmente en el plasma sanguíneo y en las membranas celulares.

Función de reserva y nutrición: Las semillas de varias plantas son los ejemplos más claros en los que se encuentran estas proteínas. Su función es mantener una reserva de nutrientes esenciales para el crecimiento de la semilla durante la germinación. En los animales se pueden encontrar estas proteínas en la clara de huevo y en la leche. Ejemplo: caseína.

Función contráctil: Algunas de estas proteínas se encuentran en los músculos esqueléticos, dando a este la capacidad de contraerse y cambiar de forma. Algo similar ocurre en el interior de las células con las proteínas de este tipo que se encuentran en los microtúbulos. Ejemplo: actina.

Función estructurante: Muchas proteínas se encuentran formando parte de estrucuras biológicas dando a estas protección y fuerza. Las plumas, pelos y uñas estan formadas por proteínas que le confieren dureza. Ejemplo: queratina.

Función reguladora: Algunas hormonas son proteínas que ayudan a regular la actividad celular y fisiológica. Además, otras proteínas regulan la síntesis de enzimas.

Actividad 4 diurno

1.  En un compartimiento de una bomba calorimétrica rodeado de 945g de agua, la combustión de 1,048g de benceno, C6H6(l), elevó la temperatura del agua desde 23,640°C a 32,692°C. La constante de la bomba es de 891J/°C.
         a. Escribe la ecuación igualada para la combustión completa del benceno.
         b. Calcula la cantidad de calor para la combustión del benceno en kJ.

2.  Cuando se quema 3,16g de ácido salicílico, C7H6O3, en una bomba calorimétrica que contiene 5,00kg de agua a 23°C, se desprenden 69,3KJ de calor.
         a. Si la constante de la bomba es de 3612J/°C, calcule la temperatura final alcanzada.

3.  Cuando se queman 3,20g de etanol en una bomba calorimétrica que contiene 3,50kg de agua a 25,00°C, la temperatura aumenta 5,25°C. La capacidad calorífica de la bomba es de 2550J/°C.
         a. Calcular la ΔH de combustión del líquido.
         b. ¿Qué otros datos se necesitan para calcular la ΔH de formación del etanol?

Lectura 3 sobre termodinámica Diurno

La bomba calorimétrica es un dispositivo utilizado para determinar el calor de combustión de combustibles sólidos y líquidos. Este aparato se encuentra sumergido en agua, donde hay un termómetro que se utiliza para medir la temperatura del agua que lo rodea y un agitador, que ayuda a alcanzar el equilibrio térmico en menos tiempo. Las paredes exteriores del recipiente, que están en contacto con el ambiente exterior son adiabáticas, para evitar pérdidas de energía en forma de calor, permitiendo que los datos obtenidos sean más confiables.

La bomba se llena con oxígeno a presión una vez que se ha colocado la muestra en su interior. Luego se enciende mediante una chispa, generada por una fuente externa. El calor liberado por la reacción es absorbido en parte, por la bomba, mientras el resto es absorbido por el agua que la rodea. Por lo tanto, el calor de la reacción se puede expresar como el opuesto a la suma del calor absorbido por el agua y el calor absorbido por la bomba.

Como ya vimos anteriormente, el calor se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:

Por lo tanto, si sustituimos esta ecuación, en la ecuación para la bomba calorimétrica, obtendremos la siguiente expresión:

Nótese que la variación de temperatura no lleva subíndice ya que el agua y la bomba se encuentran en un equilibrio térmico (tienen el mismo valor de temperatura).

Por lo tanto, el calor de la reacción de combustión se puede determinar a partir de la masa del agua que se encuentra en el dispositivo, la medición de la temperatura inicial y final del agua (que siempre debe estar en equilibrio térmico con el aparato) y la constante de la bomba (Cb, que incluye la masa y los calores específicos de todas las demás partes que no son el agua). Entonces, la ecuación a utilizar para determinar la energía en forma de calor liberada por la reacción es la siguiente:

Ejemplo de aplicación:

1.       En el compartimiento de una bomba calorimétrica se realiza la combustión de 1,5g de propanol (C₃H₈O). La bomba cuenta con 2000g de agua a 22,3°C que ascienden a 28,2°C. La constante de la bomba es de 309,5J/°C.

a.       Calcular la cantidad de calor liberada en la combustión del propanol.

b.      Determina el calor de combustión por gramo de propanol.

A.  Para determinar el calor de combustión liberada en la reacción debemos utilizar la ecuación final:

IMPORTANTE: la unidad elegida para el calor específico del agua debe ser la misma que la unidad de la constante de la bomba, por eso utilicé 4,18J/g.°C y no 1cal/g.°C

B. La cantidad de calor calculada en la parte A. es para la reacción de 1,5g de propanol. Si deseamos calcular el calor liberado por gramo, solo se debe realizar una regla de 3.

1,5g	----	51150J
1,0g	----	x

x=34100J

Actividad 3 diurno

1.  La siguiente reacción que se encuentra planteada, es la ecuación química de la obtención del agua a partir de las sustancias simples que la forman:

a.       Determinar la variación de entalpía de la reacción.

b.      La obtención de agua, mediante este proceso, ¿qué tipo de reacción es según el intercambio de energía que presenta?

c.       Dibuja el diagrama entálpico que representa esta reacción.

d.      Si se plantea la ecuación balanceada para la formación de 2mol de agua, ¿Cuánta energía debería intercambiarse?

e.      La descomposición del agua es el proceso opuesto al planteado anteriormente. Plantea la ecuación termoquímica que representa ese proceso y determina su variación de entalpía.

2. Realiza el diagrama entálpico del proceso en el que se forman 2mol de CO_(g) a partir de las cantidades adecuadas de sustancias simples que lo forman. Sabemos que se desprenden 110,5KJ por cada mol de CO formado.

Lectura 2 sobre termodinámica diurno

Como ya se dijo anteriormente, las variaciones de energía entre el sistema y su entorno pueden ocurrir en los dos sentidos, desde el sistema hacia el entorno o del entorno al sistema. Cuando determinamos la variación de entalpía de una reacción química, este sentido queda expresado mediante el signo que lleva el calor intercambiado. Se utiliza el signo positivo para indicar una ganancia de energía por parte del sistema y el signo negativo para indicar que este está cediendo energía al entorno. Las reacciones donde el sistema gana energía se llaman endotérmicas (la energía fluye hacia el sistema, llevan signo +), mientras que las reacciones donde la energía fluye hacia el entorno se llaman exotérmicas (el sistema pierde energía, llevan signo -).

Si consideramos la reacción de disolución del nitrato de amonio (NH₃NO₃) en agua, que se encuentra representada a continuación:

Podemos determinar su variación de entalpía.

Si buscamos los datos en la tabla de magnitudes termodinámicas, y sustituimos sus valores en la ecuación anterior:

De esta forma determinamos que la reacción de disolución del nitrato de amonio es endotérmica, ya que su variación de entalpía es positiva (+).

Este proceso se puede representar mediante un gráfico, que se llaman diagramas entálpicos. En estos gráficos se muestran la entalpía de los reactivos y productos y como esta cambia con respecto al tiempo de reacción.
En la línea de la izquierda se colocan los reactivos de la reacción que s está representando y en la línea de la derecha se colocan los productos de la reacción.

A continuación se representan las dos gráficas, primero la que corresponde a una reacción exotérmica. Esto se puede deducir del gráfico ya que los reactivos tienen mayor energía que los productos (los reactivos se encuentran más arriba que los productos).

Mientras que en la segunda gráfica, se puede observar que los reactivos ganan energía, ya que los productos tienen un valor más alto de entalpía, por lo tanto corresponde a un proceso endotérmico (los productos se encuentran más arriba que los reactivos).