Describe los procesos por los cuales las sustancias se combinan para formar compuestos.

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UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO RECINTO DE BAYAMÓN

Math and Science Partnership for the 21st Century Elementary and Middle School MSP-21 Phase IV TALLER DE INTEGRACIÓN DE MATEMÁTICAS Y CIENCIAS

JUNIO 2014 TÍTULO: CHONPS

NIVEL: Escuela Superior

PROFESORES: Gilda Díaz (Química) ESTANDARES Y EXPECTATIVAS Química

Estándar: La estructura y los niveles de organización de la materia

EM.Q.4 Describe los procesos por los cuales las sustancias se combinan para formar compuestos.

EM.Q.4.1 Reconoce que la diversidad de la materia surge de la formación de compuestos químicos a base de un número relativamente pequeño de elementos.

EM.Q.4.2 Utiliza la distribución electrónica de los átomos para determinar la forma en que estos reaccionan entre si para formar compuestos.

EM.Q.4.3 Describe la formación de iones positivos y negativos.

EM.Q.4.4 Explica la formación de los compuestos iónicos y compuestos covalentes.

EM.Q.4.6 Aplica la regla del octeto para explicar la formación de enlaces simples, dobles y triples.

Objetivos específicos

Mediante la actividad, se espera que los participantes:

1. Identifique los elementos que componen las biomoléculas de la planta

2. Reconozca que la planta necesita otros elementos que no provienen de la fotosíntesis

3. Diferencie entre un elemento, una molécula y un ion Materiales requeridos

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Trasfondo

La partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades es el átomo. La Tabla Periódica clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características.

Toda la materia está compuesta de átomos, porque las moléculas y los compuestos iónicos se forman como consecuencia de la interacción entre los átomos. Todo átomo tiene protones, con carga positiva, en el núcleo. También tiene igual número de electrones, con carga negativa, alrededor del núcleo y en niveles de energía específicos. Los átomos se combinan con otros átomos buscando estabilidad y esta interacción entre los electrones de los átomos lleva a la formación de enlaces químicos. Cuando dos o mas elementos clasificados como no-metales reaccionan, comparten sus electrones, formando así moléculas. Por otra parte, cuando un metal reacciona con un no-metal, hay una transferencia de electrones que produce carga positiva en el metal y carga negativa en el no-metal. Debido a esta interacción, tenemos cationes metálicos y aniones no-metálicos, que forman un enlace por atracción de cargas, formando un compuesto iónico.

Los seis elementos más abundantes en las moléculas que componen a los seres vivos son carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, fósforo y azufre – CHONPS. Las moléculas de bióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) proveen los átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno para la formación de moléculas más complejas, como las proteínas, las azúcares, etc. Sin embargo, no proveen todos los elementos necesarios. La figura(1)_{a continuación menciona otros elementos necesarios para que las plantas} puedan llevar a cabo la síntesis de biomoléculas.

¿De dónde obtienen las plantas los otros elementos que necesita para producir las biomoléculas que necesita para crecer y desarrollarse?

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ACTIVIDAD 1 Símbolos de los elementos químicos

Escriba el símbolo de los siguientes elementos presentes en las plantas. Utiliza la tabla periódica para clasificarlos como metales o no-metales.

Nombre Símbolo Clasificación

Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo (Phosphorus) Azufre (Sulfur) Potasio Calcio Magnesio Hierro (Iron) Manganeso Boro Molibdeno Cobre Cinc (Zinc) Cloro Cobalto Sodio Vanadio Silicio (Silicon)

De acuerdo a la tabla periódica, ¿Qué tienen en común carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre?

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ACTIVIDAD 2 C,H,O,N,P,S y su capacidad de formar enlaces químicos

Los seis elementos más abundantes en los seres vivos se clasifican, por sus propiedades, como no-metales. La tabla periódica indica el número atómico que de cada elemento, que corresponde al numero de protones (p+_{) en el núcleo. Como el} átomo no tiene carga neta, debe contener igual número de electrones (e-_{) que de} protones. El periodo (fila) en el que se encuentra el elemento nos indica el nivel de energía que participa en la formación de enlaces (capa de valencia).

Estos seis elementos son parte del grupo de elementos representativos (serie A), que reaccionan para tener el mismo número de electrones que el gas noble (grupo 18 o 8A) más cercano. El grupo a que pertenece cada elemento representativo nos indica cuántos electrones tiene en la capa de valencia. A su vez, podemos determinar cuantos enlaces formará para tener la misma cantidad de electrones que el elemento del grupo 8A más cercano, pues reaccionan para completar el octeto.

Elemento Periodo y grupo Gas noble mas cercano (grupo 8A)

Numero de enlaces que forma Hidrógeno 1 1A He 1 Carbono Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre

Hidrógeno no completa el octeto, pero es un elemento representativo. ¿Por qué?

Los no-metales tienden a formar moléculas de dos átomos del mismo elemento. Por ejemplo, la forma más común de oxígeno en la naturaleza es O2. Otras moléculas biatómicas son H2 y N2.

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Esta es la representación del modelo molecular correspondiente a cada uno de estos seis elementos. De acuerdo al modelo, ¿Cuántos enlaces puede formar cada

elemento?

Elemento Numero de

enlaces que forma Hidrógeno Carbono Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Azufre

¿Cuántos enlaces se forman H2?

¿Cuántos enlaces se forman O2?

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ACTIVIDAD 3 Las biomoléculas están compuestas de elementos

La materia orgánica contiene a carbono formando enlaces con hidrógeno. También puede formar enlaces con oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. A continuación se presenta la estructura molecular de dos biomoléculas. Indica el número de enlaces que forma cada uno de los siguientes elementos indicados.

1) La molécula de cisteína, un aminoácido que tiene un importante papel

estructural en muchas proteínas. Entre las fuentes vegetales que contienen este aminoácido se encuentran el pimientos rojos, ajos, cebollas, brócolis, coles de Bruselas.

NOMBRE DEL ELEMENTO Número de enlaces

Carbono Hidrógeno Azufre Oxigeno

2) El ATP es la principal molécula energética que conecta las reacciones productoras de energía con las que la necesitan.

SIMBOLO NOMBRE DEL ELEMENTO

N P

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ACTIVIDAD 4

La fórmula química especifica el número real de átomos de cada elemento de una molécula. El suscrito o subíndice indica el número de átomos en la fórmula

correspondiente a ese elemento. La ausencia de suscrito implica que hay un átomo del elemento.

Cisteína tiene una fórmula química de C3 H7 O2SN Escribe la fórmula química de adenina, una base nitrogenada del ADN:

Las clorofilas son una familia de pigmentos que se encuentran en los cloroplastos de las plantas y algunas algas y que permite a la planta absorber la energía a partir de la luz como parte del proceso de fotosíntesis. La clorofila atiene la siguiente fórmula molecular

:

C

55

H

72

O

5

N

4

Mg

Si agrupamos 6.02 x 1023_{moléculas de clorofila, tendremos}_{1 mol de moléculas}_de

clorofila a.

¿Cuántos moles de carbono hay en 1 mol de

C

55

H

72

O

5

N

4

Mg?

Establezca la razón

N

mol

C

mol

en la fórmula de clorofila a.

Si el carbono en la clorofila a viene del CO2, ¿cuantas moléculas de CO2 se necesitan para obtener 1 molécula de clorofila a?

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ACTIVIDAD 5 Forma soluble del elemento

Las plantas obtienen los elementos minerales del terreno solo si estos han formado una mezcla homogénea con el agua.

El agua es una molécula polar, o sea, que tiene pequeñas cargas.

Para que los minerales se disuelvan en agua deben tener carga también, porque “igual disuelve igual”.

1) Utilice la tabla periódica para clasificar los siguientes elementos esenciales como metal o no metal: SIMBOLO CLASIFICACIÓN NITRÓGENO, N AZUFRE, S FÓSFORO, P CALCIO, Ca MAGNESIO, Mg POTASIO, K COBRE, Cu

2) Los metales, cuando se encuentran como parte de compuestos, están en forma de iones con carga positiva. Los metales representativos, (serie A), de la tabla periódica se oxidan, o sea, pierden electrones, para tener el mismo número de electrones que el gas noble más cercano.

Magnesio, metal tiene un número atómico de 12 Cada átomo contiene 12 p+_{, 12e- y no tiene carga neta} Magnesio reacciona buscando la estabilidad de Neón. Mg  Mg+2_{+ 2e}-_(metal__{catión + n e}-_{donde n} es el número de electrones perdidos)

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Cuando magnesio (un metal) reacciona con oxigeno (un no metal), dona 2e- _{al oxigeno.}

Oxigeno + 2e-__O-2 8p+_{, 8e}-1_{pasa a 8p}+_{, 10e}-1

Mg+2 _{+ O}-2_{forman MgO, un compuesto} iónico.

3) Formas solubles de algunos nutrientes, y su correspondiente presentación en el suelo.

NITRÓGENO, N NH4+ ion amonio

NO3-1 ion nitrato

(Representa la cantidad de N total, las formas NH4+1 y NO3-1) FÓSFORO, P H2PO4-1 ion bifosfato (en mayor cantidad)

HPO4-2 ion hidrógeno fosfato En abono: P2O5

4) onos comerciales:

Elemento Se absorbe como

CALCIO, Ca Ca+2_{ion de calcio}

POTASIO, K K+1_{ion de potasio}

En abono: K2O

COBRE, Cu Cu+2_{ion de cobre (II)}

SODIO, Na Na+1_{ion de sodio}

(**) _{Las moléculas corresponden a compuestos, y no tienen carga neta.}

El ión es un átomo o grupo de átomos enlazados, con carga positiva o negativa. Si tiene carga positiva, es un catión; si tiene carga negativa, es un anión.

Los cationes se combinan con aniones para formar compuestos iónicos. La carga neta del compuesto es cero. Si se necesita más de un ion, se utilizan suscritos. Las cargas no se incluyen en la fórmula del compuesto. Cuando se necesita mas de un ion poliatómico, se emplean paréntesis, como por ejemplo Ca(NO3)2

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Ejemplo:

Escriba la fórmula del compuesto iónico que se forma entre K+1_{y O}-2

(1) Aquí tenemos un catión (K+1_{) y un anion (O}-2_{). La suma de las cargas no} da cero. +1 + (-2) ≠ 0

(2) Busco el mínimo común múltiplo entre las dígitos correspondientes a las cargas, para así saber cuánto iones de cada elemento voy a necesitar. Mínimo común múltiplo en este caso es 2. Necesito igualar las cargas a positivas a +2 y las negativas a -2. ¿Cómo lo hago?

Dos iones de K+1 _{, un ion de O}-2_{, expresado en la fórmula como} K2O

Observe que el suscrito 1 no se escribe.

Escriba la fórmula del compuesto iónico que se forma entre Al+3_{y Cl}-1

El programa NOVA presentará el 30 de junio el documental CHNOPS: Ingredients for Life

The basic building blocks for life are made of just six elements

Para más informacion pueden contactar http://www.thirteen.org/programs/nova/chnops-ingredients-for-life/