Grado 12
  1. Estado sólido  1.1. Clasificación de sólidos  1.2. Celosía cristalina y celda unitaria  1.3. Eficiencia de Embalaje  1.4. Densidad de la celda unidad  1.5. Imperfecciones en sólidos (defectos puntuales y lineales)  1.6. Propiedades Eléctricas de los Sólidos (Conductores, Aislantes y Semiconductores)  1.7. Propiedades Magnéticas de los Sólidos (Materiales Diamagnéticos, Paramagnéticos y Ferromagnéticos)
  2. Solución  2.1. Tipos de Soluciones (Homogéneas y Heterogéneas)  2.2. Expresando la concentración de soluciones (masa %, volumen %, molaridad, molalidad, normalidad, fracción molar)  2.3. Solubilidad de sólidos y gases en líquidos (ley de Henry)  2.4. La ley de Raoult y las soluciones ideales y no ideales  2.5. Propiedades del síndrome  2.6. Masa molar anormal y factor de Van't Hoff
  3. Electroquímica  3.1. Celdas electroquímicas (celdas galvánicas y electrolíticas)  3.2. Célula galvánica y EMF de la célula  3.3. Pontencial de electrodo estándar y serie electroquímica  3.4. Ecuación de Nernst y sus aplicaciones  3.5. Conductividad y celdas electrolíticas (conductividad específica, molar y equivalente)  3.6. La ley de Kohlrausch y sus aplicaciones  3.7. Baterías (celdas primarias y secundarias)  3.8. Corrosión y su prevención
  4. Cinética química  4.1. Velocidad de reacción química  4.2. Factores que afectan la velocidad de reacción (concentración, temperatura, catalizador, área superficial)  4.3. Orden y molecularidad de la reacción  4.4. Ecuaciones de tasa integrada (orden cero, primero y segundo)  4.5. Vida media de una reacción  4.6. Teoría de colisiones y energía de activación  4.7. Ecuación de Arrhenius y sus aplicaciones
  5. Química de superficies  5.1. Adsorción y sus tipos (Fisisorción y Quimisorción)  5.2. Catalisis y sus tipos (homogénea y heterogénea)  5.3. Coloides y sus propiedades (efecto Tyndall, movimiento Browniano, coagulación)  5.4. Emulsiones y geles  5.5. Aplicaciones de los coloides
  6. Principios generales y procesos de separación de elementos  6.1. Presencia de metales y minerales  6.2. Concentración de minerales (separación por gravedad, flotación por espuma, separación magnética)  6.3. Extracción de metales en bruto (tostado, calcinación, reducción)  6.4. Principios termodinámicos y electroquímicos de la metalurgia  6.5. Refinación de Metales
  7. Elementos del bloque p  7.1. Elementos del grupo 15 (nitrógeno y fósforo)  7.2. Elementos del Grupo 16 (Oxígeno, Azufre y sus Compuestos)  7.3. Elementos del Grupo 17 (Halógenos y sus Compuestos)  7.4. Elementos del Grupo 18  7.5. Propiedades y Tendencias en Elementos del Bloque p  7.6. Compuestos importantes de los elementos del bloque p (amoníaco, fosfina, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico)  7.7. Compuestos interhalógenos y sus aplicaciones
  8. Elementos del bloque d y del bloque f  8.1. Propiedades Generales de los Metales de Transición  8.2. Propiedades de los metales de transición interna (lantanoides y actinoides)  8.3. Contracciones de los lantanoides y actinoides  8.4. Química de Coordinación de Elementos del Bloque d
  9. Compuestos de coordinación  9.1. La teoría de Werner y los conceptos modernos  9.2. Número de coordinación y tipo de ligando  9.3. Nomenclatura de Compuestos de Coordinación  9.4. Isomería (geométrica y óptica) en compuestos de coordinación  9.5. Enlace en compuestos de coordinación (Teoría del enlace de valencia y teoría del campo cristalino)  9.6. Estabilidad y aplicaciones de los compuestos de coordinación en medicina e industria
  10. Haloalcanos y haloarenos  10.1. Clasificación y nomenclatura de haloalcanos y haloarenos  10.2. Propiedades Físicas y Químicas de Haloalcanos y Haloarenos  10.3. Mecanismo de Reacciones de Sustitución Nucleofílica (SN1 y SN2)  10.4. Usos y efectos ambientales (agotamiento del ozono, CFCs)
  11. Alcohol, fenol y éter  11.1. Estructura y clasificación de alcoholes, fenoles y éteres  11.2. Preparación y propiedades de los alcoholes  11.3. Preparación y propiedades del fenol  11.4. Preparación y propiedades de los éteres  11.5. Reacciones y Usos Químicos
  12. Aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.1. Estructura y nomenclatura de aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos  12.2. Preparación y propiedades de aldehídos y cetonas  12.3. Reacciones químicas en aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos (adición nucleofílica, oxidación y reducción)  12.4. Preparación y propiedades de los ácidos carboxílicos  12.5. Reacciones químicas y usos de los ácidos carboxílicos
  13. Compuestos orgánicos que contienen nitrógeno  13.1. Aminas (clasificación, estructura, basicidad)  13.2. Preparación y propiedades de las aminas  13.3. Reacciones de Aminas (Diazotización, Reacción de Carbylamina)  13.4. Sales de diazonio y sus aplicaciones en la industria de pinturas
  14.1. Carbohidratos (clasificación y propiedades)  14.2. Proteínas (Estructura y Función)  14.3. Enzimas (Mecanismo y Función)  14.4. Ácidos nucleicos (ADN y ARN)  14.5. Vitaminas y hormonas
  15. Polímero  15.1. Clasificación de polímeros (Adición, Condensación, Copolímeros)  15.2. Tipos de polimerización (radical libre, iónica, condensación)  15.3. Polímeros importantes y sus usos  15.4. Polímeros biodegradables y no biodegradables
  16. La química en la vida cotidiana  16.1. Medicamentos y su clasificación (analgésicos, antipiréticos, antibióticos, antiácidos)  16.2. Químicos en alimentos y cosméticos (conservantes, edulcorantes artificiales, antioxidantes)  16.3. Agentes de limpieza y detergentes (jabones, detergentes sintéticos, surfactantes)  16.4. Química Ambiental (Contaminación, Química Verde, Química Sostenible)

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Elementos del grupo 15 (nitrógeno y fósforo)


Los elementos del grupo 15, también conocidos como la familia del nitrógeno, incluyen nitrógeno (N), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb) y bismuto (Bi). En esta explicación, nos centramos en los dos primeros elementos: nitrógeno y fósforo, ambos de los cuales juegan papeles importantes en una variedad de procesos químicos.

Configuración electrónica y propiedades generales

La configuración electrónica general de los elementos del grupo 15 es ns 2 np 3 Para el nitrógeno, n es 2 con la configuración 1s 2 2s 2 2p 3, y para el fósforo, n es 3 con la configuración 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3.

Estos elementos tienen cinco electrones en su capa más externa. Pueden lograr una configuración de gas noble ganando tres electrones, por lo que tienen una tendencia a formar iones negativos. Por el contrario, también pueden compartir electrones, lo que les permite formar enlaces covalentes.

Visualmente, los orbitales atómicos de nitrógeno y fósforo pueden representarse de la siguiente manera:

1s 2s 2P

Nitrógeno: Propiedades y usos

Propiedades del nitrógeno

El nitrógeno es el primer elemento del grupo 15. Es un gas diatómico, incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Representa el 78% de la atmósfera de la Tierra, siendo el elemento no combinado más abundante. Algunas propiedades importantes del nitrógeno son:

  • Número atómico: 7
  • Configuración electrónica: 1s 2 2s 2 2p 3
  • Estado estándar: Gas
  • Densidad: 1.25 g/L a 0°C y 1 atm
  • Punto de fusión: -210°C
  • Punto de ebullición: -196°C

Usos del nitrógeno

El nitrógeno es esencial en una variedad de aplicaciones debido a su naturaleza inerte. Sus principales usos incluyen:

  • Producción de amoníaco: Una porción significativa de nitrógeno se convierte en amoníaco (NH 3) para fertilizantes y usos industriales.
  • Conservación de alimentos: Al ser inerte, el nitrógeno evita que los alimentos se estropeen desplazando el oxígeno en los envases de alimentos.
  • Fabricación de electrónica: Se usa para crear ambientes inertes para procesos electrónicos sensibles.
  • Criogenia: El nitrógeno líquido, que es muy frío, se utiliza para la preservación y refrigeración de muestras biológicas.

Fósforo: Propiedades y usos

Propiedades del fósforo

El fósforo, el segundo elemento del Grupo 15, ocurre en varias formas alotrópicas: fósforo blanco, rojo y negro. Cada alotropo exhibe diferentes propiedades:

  • Número atómico: 15
  • Configuración electrónica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
  • Estado estándar: Sólido
  • La densidad varía según el alotropo: 1.82 g/cm3 para fósforo blanco, 2.34 g/cm3 para fósforo rojo
  • Punto de fusión: El fósforo blanco se derrite a 44.1°C, mientras que el fósforo rojo es más estable y no se derrite hasta los 590°C

La representación visual de los alotropos de fósforo se puede imaginar de la siguiente manera:

P P N P

Usos del fósforo

El fósforo se usa extensivamente, especialmente en la agricultura y la industria:

  • Fertilizantes: El fósforo es un componente principal de los fertilizantes esenciales para el crecimiento de las plantas porque forma parte de biomoléculas clave como el ATP.
  • Fósforos: El fósforo rojo se utiliza en la industria de los fósforos de seguridad debido a su estabilidad y capacidad de ignición por fricción.
  • Aplicaciones metalúrgicas: El fósforo se utiliza para desoxidar aleaciones y metales no ferrosos.
  • Detergentes: Los compuestos de fósforo en detergentes realizan funciones de ablandamiento de agua.

Reacciones químicas y compuestos de nitrógeno y fósforo

Reacciones y compuestos del nitrógeno

El nitrógeno forma una serie de compuestos, incluidos óxidos, nitruros y compuestos de amonio:

  • Óxidos de nitrógeno: Diferentes óxidos como N 2 O (óxido nitroso) y NO 2 (dióxido de nitrógeno) se forman a través de diferentes reacciones.
  • Producción de amoníaco: El proceso de Haber sintetiza amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno a alta temperatura y presión: 
    N 2 + 3H 2 → 2NH 3
  • Ácido nítrico: La oxidación del amoníaco en el proceso de Ostwald da ácido nítrico (HNO 3) que se utiliza ampliamente en fertilizantes y explosivos.

Reacciones y compuestos del fósforo

El fósforo reacciona para formar varios compuestos importantes, especialmente fosfatos y óxidos:

  • Óxidos de fósforo: Los dos óxidos primarios son P 4 O 6 y P 4 O 10, que se forman por la combustión de fósforo blanco en aire.
  • Ácido fosfórico: El ácido fosfórico (H 3 PO 4), ampliamente utilizado en fertilizantes, se produce tratando roca fosfática con ácido sulfúrico: 
    Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 SO 4 → 2H 3 PO 4 + 3CaSO 4

Significado ambiental y biológico

Nitrógeno en el medio ambiente

El nitrógeno es vital para la vida en la Tierra. Está centralmente involucrado en el ciclo del nitrógeno, que involucra la fijación, nitrificación y desnitrificación, que equilibra el nitrógeno atmosférico y biológicamente disponible. Los compuestos de nitrógeno son fundamentales para proteínas y ácidos nucleicos.

Fósforo en sistemas biológicos

El fósforo es tan importante para la vida, que forma parte del esqueleto del ADN y ARN. También es esencial en el ATP, que almacena energía en las células, y los fosfolípidos, que constituyen las membranas celulares.

Estos ciclos y su complejidad se pueden ver como los procesos clave que mantienen el equilibrio ecológico:

N2 en el aire Fijación de nitrógeno nitratos en el suelo Proteínas vegetales y animales

Conclusión

El nitrógeno y el fósforo son elementos indispensables en el bloque p de la tabla periódica. Mientras que el nitrógeno juega un papel central en la química atmosférica y los organismos vivos, el fósforo es importante para la transferencia de energía y el material genético en los sistemas biológicos. Sus diversos usos y compuestos los convierten en el objeto de un extenso estudio tanto en la química académica como en la industrial.


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Elementos del grupo 15 (nitrógeno y fósforo)

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