Página 114 - Libro de Química de Tercero de Bachillerato

Análisis: El butano y el isobutano poseen la misma cantidad de átomos de C e H, pero ordenados de manera distinta.

Resolución:
Ambos compuestos tienen fórmula molecular $$C_4H_{10}$$. Esto significa que cada molécula está formada por 4 átomos de carbono y 10 de hidrógeno. La diferencia entre ellos no está en cuántos átomos tienen, sino en cómo se enlazan esos átomos: el butano es una cadena lineal y el isobutano es una cadena ramificada. Sustancias con igual fórmula molecular pero distinta estructura se llaman isómeros estructurales.

Conclusión: Tienen la misma fórmula molecular porque son isómeros: poseen igual número de átomos de C y H, aunque conectados de forma diferente.

Análisis: Se compara una cadena lineal (butano) con una ramificada (isobutano) y se pregunta si su forma afecta sus propiedades.

Resolución paso a paso:

1. El carbono en alcanos como el butano y el isobutano presenta hibridación $$sp^3$$ y geometría tetraédrica alrededor de cada C.
2. Cuando esos tetraedros se enlazan en línea recta (butano) se forma una cadena lineal; cuando se enlazan con ramificaciones (isobutano) cambia la geometría global de la molécula.
3. La forma global influye en las fuerzas de dispersión de London entre moléculas. Una cadena lineal tiene mayor superficie de contacto, por lo que sus fuerzas intermoleculares son algo más fuertes y suele tener punto de ebullición mayor.
4. La molécula ramificada (isobutano) tiene menor superficie de contacto, fuerzas intermoleculares más débiles y punto de ebullición menor. También pueden variar ligeramente otras propiedades como densidad y reactividad en ciertos procesos.

Conclusión: Sí, la geometría molecular condiciona las propiedades físicas y, en menor medida, las químicas, porque la forma de la molécula modifica las fuerzas intermoleculares y la manera en que interactúa con otras sustancias.

Análisis: Se piden usos prácticos de estos alcanos.

Resolución:

• Butano: Se utiliza principalmente como combustible en bombonas de gas doméstico, camping gas, encendedores y cocinas portátiles. Mezclado con propano forma el GLP (gas licuado de petróleo). También se emplea como materia prima en la industria petroquímica para obtener otros compuestos.
• Isobutano: Se usa como combustible y como gas propelente en aerosoles (desodorantes, insecticidas) y como refrigerante en algunos sistemas de refrigeración doméstica (reemplazando clorofluorocarbonos más contaminantes). También es materia prima para producir isooctano y otros derivados de alto octanaje para gasolinas.

Conclusión: Ambos se emplean sobre todo como combustibles y en la industria petroquímica; el butano destaca en GLP y el isobutano en aerosoles y refrigerantes.

Análisis: Se refiere a aplicar las leyes de los gases (por ejemplo, relación entre presión, volumen y temperatura) en situaciones diarias.

Resolución:

Un ejemplo claro es el uso de bombonas de gas doméstico que contienen butano o GLP:

1. El gas se almacena licuado a alta presión dentro del cilindro. La Ley de Boyle indica que, a temperatura constante, al disminuir el volumen aumenta la presión.
2. Cuando se abre la válvula, el gas se expande, disminuye su presión y se vaporiza, permitiendo que salga y se queme en la cocina.
3. La temperatura también influye: si la bombona está muy fría, el gas se vaporiza más lentamente (relación de la Ley de Gay-Lussac entre temperatura y presión).

Conclusión: El funcionamiento de las bombonas de gas de cocina es una aplicación cotidiana de las leyes de los gases.

Análisis: Se pide justificar la importancia del estudio de los hidrocarburos y dar ejemplos de aplicación diaria.

Resolución:

1. Los hidrocarburos (como el butano, gasolina, diésel) son la principal fuente de energía en transporte, cocina y muchas industrias. Conocerlos permite entender cómo se obtiene y usa esa energía.
2. Su combustión produce contaminantes (CO$$_2$$, CO, NO$$_x$$) y contribuye al calentamiento global. Aprender sobre ellos ayuda a tomar decisiones más responsables en el consumo de energía.
3. También son materia prima para plásticos, fertilizantes, disolventes y otros productos de uso diario.
4. En la vida cotidiana aplicamos este conocimiento al elegir medios de transporte, al usar gas en casa de forma segura, al comprender noticias sobre precios del petróleo o contaminación y al valorar alternativas como energías renovables.

Conclusión: Es importante estudiar los hidrocarburos para comprender su papel energético e industrial, sus impactos ambientales y para tomar decisiones informadas en actividades diarias relacionadas con el uso de combustibles y productos derivados del petróleo.

Análisis: Se pide organizar en un esquema información sobre el petróleo y su extracción.

Resolución paso a paso (propuesta de esquema):

Esquema sugerido:

• Petróleo
  • Características
    • Mezcla compleja de hidrocarburos líquidos, gaseosos y sólidos.
    • Origen fósil: formación a partir de restos orgánicos sometidos a alta presión y temperatura durante millones de años.
    • Recurso no renovable.
    • Se separa por destilación fraccionada en refinerías (gasolinas, diésel, GLP, queroseno, asfaltos, etc.).
  • Ventajas de su extracción
    • Base de la economía de muchos países (ingresos por exportación).
    • Fuente de energía de alta densidad aprovechada en transporte, generación eléctrica e industria.
    • Materia prima para plásticos, fertilizantes, medicamentos y otros productos químicos.
  • Desventajas de su extracción
    • Riesgo de derrames que contaminan suelos y cuerpos de agua.
    • Emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero en su combustión.
    • Alteración de ecosistemas por perforaciones, carreteras y oleoductos.
    • Dependencia económica de un recurso que puede agotarse y cuyos precios son inestables.

Conclusión: El esquema debe mostrar al petróleo como recurso energético clave pero no renovable, con beneficios económicos y tecnológicos, y también con impactos ambientales y sociales significativos.