Grado 11
  1. Conceptos básicos de química  1.1. Importancia de la Química  1.2. Naturaleza y alcance de la química  1.3. leyes de la combinación química  1.3.1. Ley de conservación de la masa  1.3.2. La ley de las proporciones definidas  1.3.3. Ley de las proporciones múltiples  1.3.4. Ley de los volúmenes de gases  1.3.5. Ley de Avogadro  1.4. La teoría atómica de Dalton  1.5. Concepto de mol y masa molar  1.6. Composición porcentual  1.7. Fórmula empírica y molecular  1.8. Estequiometría y Cálculos Estequiométricos  1.9. Concepto de reactivo limitante
  2. Estructura del átomo  2.1. Descubrimiento del electrón, protón y neutrón  2.2. Modelo Atómico  2.2.1. Modelo de Thomson  2.2.2. El modelo de Rutherford  2.2.3. Modelo de Bohr  2.3. Modelo mecánico cuántico del átomo  2.4. Doble naturaleza de la materia y la radiación  2.5. El principio de incertidumbre de Heisenberg  2.6. Numeros cuánticos  2.7. Orbitales atómicos y sus formas  2.8. Configuración electrónica de los elementos  2.9. Aufbau principle  2.10. El principio de exclusión de Pauli  2.11. Regla de máxima multiplicidad de Hund  2.12. La hipótesis de De Broglie  2.13. Efecto fotoeléctrico
  3. Clasificación de elementos y periodicidad en propiedades  3.1. Desarrollo histórico de la tabla periódica  3.2. Ley Periódica Moderna y Tabla Periódica  3.3. Tendencias periódicas en propiedades  3.3.1. Radio Atómico e Iónico  3.3.2. Entalpía de ionización  3.3.3. Entalpía de ganancia de electrones  3.3.4. Electronegatividad  3.3.5. Valencia  3.3.6. Propiedades Metálicas y No Metálicas  3.3.7. Estados de oxidación  3.4. Propiedades Inusuales de los Primeros Elementos
  4. Enlace Químico y Estructura Molecular  4.1. Enfoque de Kossel-Lewis sobre el enlace químico  4.2. Enlace iónico o electrovalente  4.3. Enlace covalente y sus características  4.4. Parámetros de enlace  4.5. Teoría VSEPR  4.6. Teoría del enlace de valencia  4.7. Hibridación y sus tipos  4.8. Teoría del orbital molecular  4.8.1. Orden de enlace y estabilidad  4.9. Enlace de hidrógeno
  5. Estados de la materia  5.1. Fuerzas intermoleculares  5.2. Leyes de los gases  5.2.1. La ley de Boyle  5.2.2. La ley de Charles  5.2.3. La Ley de Avogadro  5.2.4. La ley de Dalton de las presiones parciales  5.2.5. La ley de difusión de Graham  5.3. Ecuación del Gas Ideal y Aplicaciones  5.4. Gases reales y desviaciones del comportamiento ideal  5.5. Teoría cinética molecular de los gases  5.6. Licuefacción de gases  5.7. Propiedades de los líquidos  5.8. Tensión superficial y viscosidad
  6. Thermodynamics  6.1. Sistema y entorno  6.2. Tipos de sistemas en termodinámica  6.3. Types of procedures  6.4. Primera ley de la termodinámica  6.5. Energía interna y entalpía  6.6. Capacidad calorífica y calor específico  6.7. La ley de Hess de la suma constante de calor  6.8. Entalpía de disociación de enlace  6.9. Entalpía de formación y combustión  6.10. Entalpía de disolución y neutralización  6.11. Espontaneidad y la segunda ley de la termodinámica  6.12. Energía libre de Gibbs y sus aplicaciones
  7. Equilibrio  7.1. El concepto de equilibrio  7.2. Constante de equilibrio y sus aplicaciones  7.3. El principio de Le Chatelier  7.4. Equilibrio iónico en soluciones  7.5. Teoría de Ácidos y Bases  7.5.1. Concepto de Arrhenius  7.5.2. Concepto de Bronsted-Lowry  7.5.3. Concepto de Lewis  7.6. Escala de pH y pOH  7.7. Common ion effect  7.8. Hidrólisis de sales  7.9. Sistemas tampón y su mecanismo de acción  7.10. Equilibrio de solubilidad de sales poco solubles
  8. Reacciones Redox  8.1. Oxidation and reduction concepts  8.2. Número de oxidación y sus aplicaciones  8.3. Reacciones Redox en términos de transferencia de electrones  8.4. Balanceando reacciones redox (métodos de número de oxidación y ion-electrón)  8.5. Tipos de reacciones redox  8.6. Celdas Electroquímicas y Reacciones Redox
  9. Hidrógeno  9.1. Posición del Hidrógeno en la Tabla Periódica  9.2. Isótopos de hidrógeno  9.3. Preparación de Hidrógeno  9.4. Propiedades del Hidrógeno  9.5. Hidruros y su clasificación  9.6. Agua y agua pesada  9.7. El peróxido de hidrógeno y sus propiedades  9.8. Usos del hidrógeno y sus compuestos
  10. Elementos del bloque s (metales alcalinos y alcalinotérreos)  10.1. Elementos del Grupo 1 - Propiedades y Tendencias  10.2. Elementos del Grupo 2 - Propiedades y Tendencias  10.3. Propiedades inusuales del litio y berilio  10.4. Compuestos importantes del sodio y sus usos  10.5. Compuestos importantes de magnesio y calcio
  11. Algunos elementos del bloque p  11.1. Introducción General a los Elementos del Bloque p  11.2. Elementos del Grupo 13  11.2.1. Boro y sus compuestos  11.3. Elementos del Grupo 14  11.3.1. El carbono y sus alótropos  11.3.2. Compuestos Importantes de Carbono y Silicio
  12. Química Orgánica - Algunos Principios y Técnicas Básicas  12.1. Clasificación y Nomenclatura de Compuestos Orgánicos  12.2. Representación estructural de compuestos orgánicos  12.3. Clasificación de reacciones orgánicas  12.4. Efectos Electrónicos en Química Orgánica  12.4.1. Efecto inductivo  12.4.2. Efecto de resonancia  12.4.3. Hiperconjugación  12.5. Mecanismo de reacción y especies intermedias  12.6. Purificación y análisis cualitativo de compuestos orgánicos
  13. Hidrocarburos  13.1. Hidrocarburos  13.1.1. Preparación y Propiedades de los Alquenos  13.2. Alqueno  13.2.1. Preparación y Propiedades de los Alquenos  13.2.2. Reacciones de adición electrofílica  13.3. Alquinos  13.3.1. Preparación y Propiedades de Los Alquinos  13.4. Hidrocarburos aromáticos  13.4.1. Estructura y propiedades del benceno  13.4.2. Reacciones de sustitución electrofílica del benceno
  14. Química Ambiental  14.1. Contaminación Ambiental  14.2. Contaminación atmosférica y el efecto invernadero  14.3. Contaminación del agua y métodos de tratamiento  14.4. Contaminación del suelo y sus efectos  14.5. Residuos industriales y su tratamiento  14.6. Estrategias para el control de la contaminación

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Química Ambiental


La química ambiental es el estudio científico de fenómenos químicos y bioquímicos que ocurren en lugares naturales. Implica entender los componentes de la Tierra y cómo interactúan con las actividades humanas, llevando a la contaminación y cambios en el medio ambiente. Este campo de la química es importante para abordar y gestionar problemas ambientales, incluyendo la contaminación, la gestión de residuos y prácticas sostenibles.

Introducción a la química ambiental

La química ambiental nos ayuda a entender los procesos químicos que afectan nuestro entorno. Se centra en las reacciones químicas que ocurren en el suelo, el agua y el aire. Uno de los principales objetivos es entender cómo las actividades humanas afectan los procesos naturales y encontrar formas de reducir los impactos negativos.

Los químicos ambientales estudian las fuentes, reacciones, transporte, efectos y destinos de especies químicas en los entornos de aire, suelo y agua. Para hacerlo, utilizan una variedad de técnicas y enfoques científicos para monitorear y analizar muestras ambientales.

Procesos químicos en el medio ambiente

Exploremos algunos procesos químicos básicos que son importantes para la química ambiental:

  • Oxidación y reducción: Son reacciones químicas que implican la transferencia de electrones entre sustancias. La oxidación significa la pérdida de electrones, mientras que la reducción significa la ganancia de electrones. Estas reacciones son importantes en la descomposición de contaminantes. Por ejemplo, en el caso de la oxidación del hierro, el hierro sufre oxidación: 
    4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
  • Reacciones fotoquímicas: Reacciones desencadenadas por la luz solar, que son importantes en la formación del ozono en la atmósfera. Un ejemplo simple es la reacción que ocurre cuando el dióxido de nitrógeno absorbe luz solar, formando óxido nítrico y un átomo de oxígeno: 
    NO 2 + luz solar → NO + O
    El átomo de oxígeno puede luego reaccionar con moléculas de oxígeno para producir ozono: 
    O + O 2 → O 3
  • Reacciones ácido-base: Estas juegan un papel importante en la química ambiental, especialmente en entender cómo los contaminantes pueden cambiar el pH de las aguas y suelos naturales. Un ejemplo de esto es la reacción del dióxido de carbono con agua, formando ácido carbónico: 
    CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3

Impacto de las actividades humanas en el medio ambiente

Las actividades humanas tienen un profundo impacto en el medio ambiente, a menudo causando contaminación y otros problemas. Aquí hay algunos ejemplos de cómo nuestras acciones pueden afectar la química ambiental:

  • Contaminación del aire: Esto incluye principalmente la emisión de gases y partículas nocivos en el aire por las emisiones de automóviles, procesos industriales y la quema de combustibles fósiles. Por ejemplo, la quema de carbón puede liberar dióxido de azufre: 
    S + O 2 → SO 2
  • Contaminación del agua: Contaminantes como metales pesados, pesticidas y productos químicos industriales pueden contaminar fuentes de agua. La contaminación por mercurio de los desechos industriales es un ejemplo de: 
    Hg → Hg 2+ (en fuentes de agua)
  • Contaminación del suelo: Esto puede ser causado por la eliminación inadecuada de desechos peligrosos, el uso de pesticidas y fugas de sitios contaminados. Por ejemplo, el plomo de las baterías puede filtrarse en el suelo: 
    Pb → PbO (en el suelo)

Entendiendo la calidad del aire

La calidad del aire es una preocupación importante en la química ambiental. Los contaminantes químicos en el aire pueden afectar la salud humana y el medio ambiente. Los contaminantes del aire comunes incluyen óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), monóxido de carbono (CO), compuestos orgánicos volátiles (COV) y material particulado (PM).

Capa de ozono y agotamiento del ozono

La capa de ozono ubicada en la estratosfera de la Tierra juega un papel vital en bloquear la radiación UV dañina del Sol. Ciertos productos químicos conocidos como clorofluorocarbonos (CFCs), que se utilizan en refrigeración y aerosoles, pueden destruir esta capa:

Una reacción simple que describe la destrucción del ozono por los CFCs es: 

CFCl 3 + luz UV → CFCl 2 + Cl
El átomo de cloro puede entonces destruir las moléculas de ozono: 
Cl + O 3 → ClO + O 2

Efecto invernadero y calentamiento global

El efecto invernadero es un proceso natural en el que ciertos gases en la atmósfera de la Tierra absorben y emiten radiación, calentando la superficie de la Tierra. Sin embargo, las actividades humanas han aumentado las concentraciones de estos gases, particularmente dióxido de carbono (CO 2), metano (CH 4) y óxido nitroso (N 2 O), que exacerban este efecto, llevando al calentamiento global.

Una reacción simple que contribuye al efecto invernadero es la combustión de combustibles fósiles: 

C + O 2 → CO 2 (de la quema de carbón)
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (de la quema de gas natural)

Química del agua y contaminación

La química del agua es un campo importante en la química ambiental. El agua limpia es esencial para la vida, pero puede contaminarse debido a una variedad de actividades humanas. Aquí exploramos contaminantes comunes del agua y sus efectos.

Lluvia ácida

La lluvia ácida se forma cuando el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx), emitidos a la atmósfera, a menudo por la quema de combustibles fósiles, reaccionan con el vapor de agua: 

SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3
2NO 2 + H 2 O → HNO 3 + HNO 2

La lluvia ácida puede disminuir el pH de ríos y lagos, afectando negativamente la vida acuática y los ecosistemas. También puede destruir edificios y monumentos.

Contaminación por metales pesados

Metales pesados como el plomo (Pb), mercurio (Hg) y cadmio (Cd) pueden contaminar fuentes de agua a través de descargas industriales, lixiviados de vertederos y eliminación inadecuada de desechos. Estos metales pueden ser tóxicos y dañinos tanto para la vida acuática como para los humanos.

Por ejemplo, la reacción que ocurre cuando el plomo entra en el agua es la siguiente: 

Pb + Cl 2 → PbCl 2 (en fuentes de agua)

Pesticidas y escorrentía agrícola

Los pesticidas utilizados en la agricultura pueden fluir hacia cuerpos de agua cercanos, causando contaminación. Estos químicos pueden afectar a los organismos acuáticos e ingresar a la cadena alimentaria, afectando a animales más grandes y a los humanos.

Consideremos la descomposición de un insecticida común como el DDT: 

C 14 H 9 Cl 5 → productos de descomposición (en el medio ambiente)

Química del suelo y contaminación

La química del suelo es importante para entender cómo los contaminantes afectan la calidad del suelo y las plantas. Un suelo saludable es esencial para la agricultura y los ecosistemas, pero puede contaminarse de varias maneras:

Contaminación por fertilizantes y nutrientes

Los fertilizantes contienen nutrientes esenciales como nitrógeno, fósforo y potasio. Sin embargo, el uso excesivo puede llevar a la contaminación por nutrientes, donde los nutrientes en exceso fluyen hacia cuerpos de agua, causando eutrofización y floraciones de algas: 

NH 4 NO 3 (fertilizante) → NH 4 + + NO 3 - (en el suelo y el agua)

La eutrofización reduce los niveles de oxígeno en el agua, perjudicando la vida acuática y los ecosistemas.

Contaminantes orgánicos

Los contaminantes orgánicos, incluidos pesticidas e hidrocarburos, pueden adherirse a las partículas del suelo, reduciendo así la calidad del suelo y afectando el crecimiento de las plantas. Los contaminantes orgánicos persistentes (COP) son de particular preocupación porque resisten la descomposición y se acumulan en el suelo y los organismos vivos.

Estrategias para la gestión ambiental

Prevención y control de la contaminación

Desarrollar formas de prevenir y controlar la contaminación es importante para proteger el medio ambiente. Las estrategias incluyen promover técnicas de producción más limpias, usar fuentes de energía renovable y hacer cumplir regulaciones para limitar las emisiones de sustancias nocivas.

Un ejemplo de una reacción química utilizada en el control de la contaminación es la conversión de dióxido de azufre a ácido sulfúrico, que luego puede ser eliminado de manera segura: 

2SO 2 + O 2 → 2SO 3
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Tratamiento de contaminantes ambientales

La remediación implica limpiar sitios contaminados para restaurar la calidad ambiental. Las técnicas incluyen la biorremediación, donde se utilizan microorganismos para destruir contaminantes orgánicos, y la fitoextracción, donde las plantas extraen contaminantes del suelo.

El principal proceso de biorremediación se puede resumir de la siguiente manera: 

C 6 H 12 O 6 + O 2 → CO 2 + H 2 O (degradación microbiana de contaminantes)

Sostenibilidad y química verde

La química verde se centra en diseñar procesos y productos que reduzcan o eliminen sustancias peligrosas, contribuyendo a la sostenibilidad y protección del medio ambiente. Se enfatiza el uso de recursos renovables, el aumento de la eficiencia energética y el desarrollo de químicos más seguros.

Un ejemplo de un enfoque de química verde es el uso de la catálisis para reducir residuos y mejorar la eficiencia de las reacciones: 

2H 2 + O 2 (con catalizador) → 2H 2 O
Se utilizan catalizadores en esta reacción para aumentar la eficiencia y minimizar los residuos.

Conclusión

En conclusión, la química ambiental proporciona las herramientas y el conocimiento para entender, abordar y gestionar los problemas ambientales. Al estudiar reacciones y procesos químicos, los científicos y formuladores de políticas pueden desarrollar estrategias para reducir la contaminación, proteger los recursos naturales y promover prácticas sostenibles. Este campo es esencial para asegurar un entorno saludable y sostenible para las generaciones futuras.


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