Micienciaquimica

ESTRUCTURA ATÓMICA

2022-06-21T07:00:00.040-05:00

Se planteó muchas ideas sobre el átomo desde tiempos muy antiguos, el ser humano llevado por la curiosidad, siempre ha tratado de explicar entre otras cosas, cuál es la parte más pequeña en la que se fundamenta la materia, y es así que una de esas preguntas se resuelve hasta cierto punto cuando se busca sobre "la mínima porción de materia con capacidad de combinación", pues ha esta pregunta la respuesta sería el átomo.

Si bien es cierto la palabra átomo de por si, tiene un significado etimológico de "indivisible", esto hoy en nuestros días, solo es eso, "un significado", más no su definición, pues el átomo en si, es un sistema dinamico en equlibrio eléctrico.

¿Cuál es la estructura atómica del átomo?

La estructura atómica del átomo, esta basada en el modelo mecánico cuántico, que es lo que más se emplea hoy en día para estructurarlo. Así, lo representamos de la siguiente forma:

La parte central del átomo representado por esferas rojas y azules, se le conoce como núcleo atómico o simplemenete "nucleón", mientras que la zona que rodea al núcleo atómico se le conoce como zona extranuclear y contiene unicamente a unas partículas conocidas como electrones - representadas por esferas grises- las cuales estan cargadas negativamente, y estas en sus desplazamientos genera un "nube de energía" a la que se le conoce como "nube electrónica".

La zona extranuclear es una región negativa por los electrones que generan la nube electrónica, aunque en términos prácticos, se asume que zona extranuclear y nube electrónica, son idénticos.

El átomo contiene de las muchas partículas subatómicas que se conocen, a solo tres tipos de ellas, estos son denominados como particulas subatómicas fundamentales del átomo, y la tenemos aquí:

Las otras partículas subatómicas que se conocen, no se encuentran en el átomo precisamente, por ejemeplo, el anti electrón conocido como positrón es una partícula elemental que posee la misma cantidad de masa y giro que el electrón; sin embargo, su carga es de 1e+, mientras que la del electrón es de 1e-, por lo que no forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque estos se producen en numerosos procesos radioactivos como parte de transformaciones de los núcleos de los átomos.

La diferencia entre una partícula subatómica fundamental y una elemental radica en su composición, por tanto una partícula fundamental esta compuesta por otras más pequeñas conocidas como "Quarks", tal como el protón o el neutrón; mientras una partícula elemental no esta constituida por estructuras más pequeñas, tal es el caso del electrón o el positrón mismo.

Veamos en el cuadro siguiente, algunas propiedades de las partículas subatómicas que existen generalmente en el átomo:

Estos datos, nos permiten representar al átomo, a nvel de su nucleo, con la siguiente notación para nuclidos:

Donde:

A representa a la cantidad de nucleones - aquí se concentra el 99,99...% de la masa del átomo- por lo que también se denomina número de masa. Por tanto podríamos formular lo siguiente: A = #p + #n

Por ejemplo, si el átomo de Sodio tiene 11 protones y 12 neutrones, el numero de masa seria la suma de las cantidades de los protones y los neutrones, es decir, de lo formulado:

A = #p + #n, entonces: A = 11 + 12 = 23

Z representa al número atómico - siempre igual a la cantidad de protones (#p)- el cual identifica al átomo y por tanto la ubicación del elemento químico en la tabla periódica de la cual forma parte. Entonces, con lo formulado anteriormente, podríamos emplear también lo siguiente: A = Z + #n

Por ejemplo, el átomo de Bromo tiene número de masa 80 y su número atómico es 35, entonces la cantidad de neutrones, se puede calcular empleando la formula:

A = Z + #n, reemplazamos: 80 = 35 + #n, y obtendremos que el: #n = 45

Los átomos se nos pueden mostrar en dos estados, estos son:

Átomo neutro: Aquellos, donde existe un equilibrio eléctrico, por tanto la cantidad de protones y electrones son iguales, por tal razón a estos átomos se le conocen solamente como "Átomos". Aquí se cumple: #p = #e = Z
Átomo eléctrico: Aquellos, donde existe un desequilibrio eléctrico, por tanto la cantidad de protones y electrones son distintas, a estos tipos de átomos eléctricos se les conoce como "Iones". En este contexto, encontramos dos tipos de Iones:

Catión: ion positivo, generado por la perdida de electrones en relación a sus protones, así si tenemos un átomo neutro con 5 protones, su cantidad de electrones también será 5, pero si esta pierde 3 electrones, entonces dicho atomo será ahora un catión con carga +3, denominándose tri catión, y además tendrá 2 electrones debido a la perdida.
Anión: ion negativo, generado por la ganancia de electrones en relación a sus protones, así si tenemos un átomo neutro con 8 protones, su cantidad de electrones también será 8, pero si esta gana 2 electrones, entonces dicho átomo será ahora un anión con carga -2, denominándose di anión, y además tendrá 10 electrones debido a la ganancia.

Los iones se generan basicamente por la variación de la cantidad de sus electrones.

Por otro lado, como existen una gran variedad de átomos, los científicos para un mejor análisis de su comportamiento, optan por "compararlos", es así por ejemplo que ha átomos con igual cantidad de neutrones se les conoce como isótonos (de: iso=igual, tono=neutrón | El término isótono fue dado por el Físico Alemán Guggenheimer al reemplazar la "p" (de "protón") en "isótopo" por una "n" de "neutrón"). Para un mejor detalle veamos el siguiente cuadro:

Respecto de los isótopos, estos átomos pertenecen a un elemento químico en particular, es decir, cada elemento esta conformado por isótopos. Por ejemplo el elemento químico más simple conocido, es el Hidrógeno, y esta conformado por tres isótopos, los cuales son:

Al isótopo de la izquierda, se le conoce tambien como protio. Por otra parte, existen - de acuerdo al cuadro anterior- átomos con igual numero de masa conocidos como isobaros, como:

Los isótonos como:

Los isoelectrónicos son especies atómicas con igual numero de electrones, y que además poseen la misma configuración electrónica, razón por el cual sería para otro post. Por cierto, en nuestro canal de EDUCATIDE® te explico algunas resoluciones sobre este tema tan interesante. Aquí el video:

Muy bien, espero que hayas pasado un rato agradable, afinando tus conocimientos, y, ya sabes no olvides que si tuvieras algún comentario, o duda, puedes hacerlo en la caja de comentarios, situado en la parte de abajo del post. Hasta pronto.

LAS REACCIONES QUÍMICAS

2021-06-21T11:44:00.046-05:00

Cuando observamos la quema de la madera, notamos que esta se transforma en carbón, además de desprender energía, la cual se muestra mediante un "efecto" conocido como Fuego, tal como ocurre en la imagen mostrada.

Desde nuestra perspectiva nosotros podemos notar que existe un cambio pues la forma del material así lo demuestra, entonces eso implica que nuestra observación es netamente física de nuestro entorno, por lo que le denominamos cambio químico, al hecho mismo de observarlo externamente, es decir desde un punto de vista macroscópico.

Sin embargo, el análisis de observación del químico, es del porqué ocurrio ese cambio, y la solución se plantea por la posibilidad de haber un reordenamiento de las "partículas" en el interior de dicho material, está visión le corresponde a un fenómeno químico, ya que para analizarlo desde esta perspectiva debemos recurrir a un punto de vista microscópico.

Técnicamente Cambio y Fenómeno son distintos, pero coloquialmente se identifican como expresiones similares.

y entonces:

¿QUÉ ES UNA REACCIÓN QUÍMICA?

Pues, desde nuestra óptica química, una reacción química es un fenómeno químico en el cual existe un reordenamiento de átomos ("partículas") con el consiguiente intercambio de materia y energía.

Para que esta reacción química exista, se debe dar las condiciones adecuadas, donde los átomos tengan los choques 100% efectivos, pues en estos procesos va darse un rompimiento y una formación de enlaces químicos con la consiguiente formación de nuevas sustancias químicas.

En nuestro entorno, el aire contiene una serie de sustancias químicas, entre ellas, oxígeno (20,95%) e hidrógeno (0,000 055%), y ambas son parte de la mezcla gaseosa que compone el aire, pero "no reaccionan químicamente" (es tan increiblemente lenta dicho proceso, que no se podría considerar una reacción química en nuestro entorno), para hacer que se genere una reacción química, necesitamos de los catalizadores (sustancias que modifican la velocidad de una reacción química) como una chispa eléctrica, platino, entre otros, entonces el proceso se mostraria así:

La representación mostrada corresponde a una ecuación química, la cual es básicamente la representación mediante números y letras de una reacción química.

Como toda ecuación, esta tiene un esquema base, la cual es:

Ahora bien, que implica cada uno de estos componentes en el esquema en si, pues esto lo podría resumir en el esquema siguiente:

Entonces del proceso de obtención del agua, que analizamos en la parte superior del post, los componentes hidrógeno y oxígeno serían nuestros Reactantes, mientras que el agua sería nuestro Producto, además sobre la flecha encontramos al Platino (Pt) el cual seria nuestro catalizador, gracias al cual se desarrollo la reacción química.

Las ecuaciones químicas se deben balancear, pues la materia se conserva, es decir la cantidad de átomos de los reactantes y de los productos deben ser iguales, sin embargo en este post, no lo haremos 😔, pues aquí se trata solo de comprender que es una reacción química.

Muy bien, ahora que nos queda claro que es una reacción química, la siguiente pregunta seria, sobre como evidenciar si a ocurrrido una reacción química.

Para ello es necesario recordarte que una evidencia es un hecho plausible de ser corroborado, es decir que su análisis nos da una seguridad de que el fenómeno, es catalogado como parte de una reacción química. En el caso nuestro, para que se halla producido una reacción química, es necesario considerar lo siguiente:

La formación de precipitados, es decir en el proceso debe haberse formado un sólido insoluble en el líquido (generalmente agua), el cual debe permanecer suspendido en dicho líquido.
El cambio en sus propiedades organolépticas, como el color, olor y sabor de las sustancias formadas respecto de sus predecesoras.
La liberación de gases, esta se genera cuando anteriormente se combinan un sólido y líquido o un líquido con otro líquido, y en su liberación puede o no observarse color u olor.
La variación de la temperatura, la cual se produce por el cambio en la energía interior de las "partículas" reaccionantes, la cual puede observarse con un aumeto o disminución de la temperatura en dicho proceso químico.

Aquí, en nuestro canal de EDUCATIDE®, también te explico, sobre el tema:

Muy bien, espero que el tema haya resultado de tu agrado, y no olvides que si tuvieras algún comentario, o duda, puedes hacerlo en la caja de comentarios, situado en la parte de abajo del post. Hasta pronto.

CORRECCIONES AL MODELO ATÓMICO DE BOHR

2019-09-11T17:27:00.015-05:00

El modelo atómico de Bohr como habrás observado, solo es válido para átomos que poseen un solo electrón como el átomo de Hidrógeno o para los casos de especies hidrogenoides como iones de He⁺, Li²⁺, puesto que no es capaz de explicar el espectro de átomos complejos con dos o más electrones (especies multielectrónicas); además de no poder justificarse el porqué muchas líneas espectrales se componen en realidad de varias líneas espectrales separadas cuyas longitudes de onda difieren ligeramente, es decir no explica la presencia de subniveles observados con el espectroscopio; tampoco puede este modelo permitirnos calcular las intensidades de las diferentes líneas espectrales.

Estas limitaciones del modelo atómico de Niels BOHR, fueron posteriormente corregidas con el desarrollo de la mecánica cuántica. Aún así, la contribución de BOHR es uno de los grandes aportes en el desarrollo de conceptos modernos de la estructura del átomo.

CORRECCIONES DEL ÁTOMO DE BOHR

1. Corrección del átomo de BOHR: SOMMERFELD

En 1915, la espectroscopía había mejorado su método y su instrumento (se había construido un espectroscopio de mayor poder de resolución). Con estos adelantos, Arnold SOMMERFELD amplío el trabajo de BOHR, aplicándola a posibles ÓRBITAS ELÍPTICAS.

Descubrió que casi todas las líneas del espectro de Hidrógeno eran varias muy juntas y que por ello se había creído que eran simples. Así la primera línea de LYMAN es un conjunto de dos líneas muy próximas. Significa esto, afirmaba, lo que BOHR creyó estados únicos, erán estados muy próximos entre sí, entre otros términos, donde se penso que había una órbita circular para el electrón, deben haber varias órbitas muy próximas, a este fenómeno se conocío con el nombre de ESTRUCTURA FINA DEL ESPECTRO.

Después de un trabajo exitoso, SOMMERFLED, encontró que la teoría de PLANCK era aplicable solo a sistemas con una variable, como las órbitas circulares (única variable, su radio), tuvo que reformular la teoria de PLANCK para aplicar a sistemas con dos variables, las órbitas elípticas (con dos variables, sus ejes). Al adaptar un sistema de dos variables hace falta dos números cuánticos para conocer el estado del átomo, ya se conocía "n" (número cuántico principal). SOMMERFELD encontró el segundo número cuántico, al que denominó AZIMUTAL o secundario, el cual se representa con la letra "l", el cual puede tomar valores desde "0" hasta "n - 1"; este número determina los posibles subniveles de energía para cada valor de energía.

Así, si n = 2; "l" tiene los valores 0 y 1. Para expresar con formulación matemática clásica, los dos estados se escriben: (2; 0) y (2; 1). En la figura 1 se esquematizan las órbitas para: n = 1 y n = 2.

Las órbitas correspondientes a los valores distintos de "1" se indican generalmente con las letras iniciales de sus nombres originales en inglés: "s" de "Sharp", "p" de "principal", "d" de "difuso", y, "f" de "fundamental", asignadas respectivamente a los valores: 0, 1, 2, y, 3 del número cuántico "azimutal", "l".

2. Corrección del átomo de BOHR: EFECTO ZEEMAN

Si el espectro de una muestra de gas hidrógeno excitado se somete a los efectos del campo magnético, se observa un nuevo desdoblamiento de la estructura fina de SOMMERFELD; cada una de estas rayas finas da origen a varias otras, por efecto del campo magnético. Este fenómeno se denomina EFECTO ZEEMAN.

El fenómeno desaparece al cesar el campo magnético, por lo que no se puede pensar que corresponden a nuevos estados distintos de energía del electrón. Es un efecto provocado por la interacción del campo magnético exterior impuesto y el campo magnético creado por el electrón al girar en su órbita, y estas interacciones ocasionan las ligeras variaciones de energía que desdoblan las líneas.

La solución a lo planteado con el EFECTO ZEEMAN, es pensar que para algunas de las órbitas de SOMMERFELD existen varias orientaciones posibles en el espacio que interaccionan de forma distinta en el campo exterior. Conocido el hecho de la distinta orientación posible de las órbitas de SOMMERFLED, hubo que determinar un nuevo número cuántico que fijase su disposición en el espacio; se denominó "número cuántico magnético, m (m_l)". Los valores encontrados para "m_l", estan limitados por los valores de "l" y son de modo convencional de: m_l = -l,..., 0, ...+l; estos valores se determinan también así:

2 x l + 1

Así cuando "l" vale "1", "m_l" puede tomar tres valores: -1, 0, +1.

Para determinar el electrón del Hidrógeno en una de sus muchas posiciones se necesitan ahora tres números cuánticos: principal (n), azimutal (l) y magnético (m_l). El trio se escribe en el siguiente orden, y entre parentesis: (n, l, m_l) o también: Ψ (n, l, m_l); donde "Ψ" indica la "función de onda".

El número de las posibles órbitas crece a medida que aumenta el número cuántico principal, y para cada valor de este coincide con el número de subniveles (AZIMUTAL) que este contiene, además de ser equivalente con la suma de igual cantidad de impares (2 x l + 1): 1; 1+3; 1+3+5; 1+3+5+7; etc... Es decir el número de órbitas es: 1; 4; 9; 16; etc... para los números cuánticos principales (n): 1, 2, 3, 4,... respectivamente.

3. Corrección del átomo de BOHR: EFECTO ZEEMAN ANÓMALO

Los espectroscopistas analizando cuidadosamente los espectros obtenidos en el EFECTO ZEEMAN, comprobarón que cada línea de ellos podia desdoblarse en otras muy juntas pero diferenciadas perfectamente. A este hecho se le dió el nombre de EFECTO ZEEMAN ANÓMALO.

¿Pero, cómo explicar el fenómeno?

Campos magnéticos creados por el electrón
al trasladarse en su órbita (b1) y al girar sobre
si mismo (b2 ó b3). El campo total es la suma
de ambos

G. UHLENBECK y Samuel GOLDSMITH propusierón considerar al electrón como una esfera MATERIAL con carga eléctrica que puede girar entre si misma. Así aparece un nuevo grado de libertad para el electrón; su movimiento de rotación y puede hacerlo en dos sentidos. Este nuevo movimiento produce un campo magnético, que sumado al de traslación en su órbita da el campo magnético total del electrón.

Las rotaciones deberán estar cuantizadas por llevar asociadas una energía y para determinar estas cuantizaciones hubo que introducir un cuarto número cuántico, el de giro o de "spin (s ó m_s)", la cual puede tomar dos valores: +1/2 (rotación antihoraria) y -1/2 (rotación horaria); siendo estos independientes de los otros tres numeros cuánticos (n, l, m_l). Así se explica el fenómeno ZEEMAN ANÓMALO, ya que los dos campos magnéticos distintos debido al "spin", pueden dar estados distintos.

El contenido energético de ellos es idéntico ("estados degenerados") pero la orientación del campo magnético total es diferente a lo que hace que la interacción con el exterior sea distinta y aparezcan las dos rayas, aunque tan juntas que se confundieran durante mucho tiempo.

Es así como el electrón es considerado como una partículas con cuatro grados de libertad, los mismos que estan representados por los cuatro números cuánticos mencionados; tres de ellos definen su posición en el espacio (n, l, m_l) y el cuarto determina el giro sobre si mismo. Si desearamos expresar mediante la formulación matemática la situación del electrón habremos de utilizar los cuatro números cuánticos:

(n, l, m_l, m_s) o también: Ψ (n, l, m_l, m_s)

Así para el átomo de Hidrógeno seria:

(1, 0, 0,+1/2)

También observamos que el número de estados para las órbitas:
K (n = 1) entonces es 2
L (n = 2) entonces es 8
M (n = 3) entonces es 18
Se puede deducir entonces que en general el número de estados es: 2xn²
Donde "n" es el nivel de energía o la órbita en la cual se encuentra el electrón.

QUÍMICA GENERAL PETRUCCI

2019-06-21T10:18:00.019-05:00

Bajo el lema "Conozca a su audiencia" los autores han elaborado un material de acorde a las necesidades de los estudiantes que desean tomar en serio los estudios de esta ciencia, para ello se han creado una gran variedad de ejemplos aplicables en nuestra vida cotidiana que los relacionan con otras ciencias, nuestros conceptos básicos de química se logran profundizar con el estudio meticuloso de este estupendo material. Aquí en micienciaquimica, podrás descargar directamente, el presente libro, con los detalles siguientes:

DATOS TÉCNICOS:

Tamaño: 23,43MB

Páginas: 1178

Archivo: DjVu Viewer

Editorial: Prentice Hall

Origen: USA

Traducido al: Español

CONTENIDO:

- Las propiedades de la materia y su medida

- Los átomos y la teoría atómica

- Compuestos químicos

- Las reacciones químicas

- Introducción a la reacciones en disolución acuosa

- Gases

- Termoquímica

- gases atmosféricos e hidrógeno

- Los electrones en los átomos

- La tabla periódica y algunas propiedades atómicas

- Enlace químico I: Conceptos básicos

- Enlace químico II: Aspectos adicionales

- Líquidos, sólidos y fuerzas intermoleculares

- Las disoluciones y sus propiedades físicas

- Cinética química

- Principios de equilibrio químico

- Ácidos y bases

- Otros aspectos de los equilibrios ácido - base

- Solubilidad y equilibrios de los iones complejos

- Espontaneidad. Entropía y energía de Gibbs

- Electroquímica

- Elementos de los grupos principales I. Metales

- Elementos de los grupos principales II. No metales

- Elementos de transición

- Iones complejos y compuestos de coordinación

- Química nuclear

- Química orgánica

- Química de los seres vivos

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PROBLEMAS Y EJERCICIOS DE QUIMICA GENERAL DE GLINKA

2018-11-16T10:45:00.019-05:00

El libro de Profesor Ruso N. L. Glinka goza de gran popularidad entre los profesores de química al igual que en los estudiantes de secundaria y universitaria, en ruso se logro alcanzar 22 ediciones y fue traducido al árabe, español, inglés y francés. En el presente texto encontraras ejercicios desarrollados, al igual que propuestos los cuales le servirán para que se tenga un mejor control de su aprendizaje.

DATOS TÉCNICOS:
Tamaño de descarga: 28,04MB

Total de páginas: 281

Archivo: Pdf
Editorial: MIR, Moscú

Origen: Ruso

Traducido al: Español

CONTENIDO:

- Cálculos estequiométricos elementales
- Clases principales de compuestos inorgánicos
- Estructura del átomo. radiactividad
- Enlace químico
- Leyes principales del desarrrollo de las reacciones químicas
- Disoluciones
- Disoluciones de electrólitos
- Reacciones de oxidación - reducción. Fundamentos de electroquímica
- Compuestos complejos
- Propiedades generales de los metales. Aleaciones
- Sistema periódico de los elementos. Propiedades de los elementos y sus compuestos

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ESTEREOQUIMICA Y MECANISMOS DE WHITAKER

2017-09-07T10:55:00.011-05:00

Que mejor que la editorial se explicará así del libro: "La estereoquímica y los mecanismos están íntimamente ligados de suerte que el autor explica racionalmente este vínculo. Comienza con la discusión de las relaciones espaciales y la quiralidad de las moléculas orgánicas. En seguida trata la conformación de sistemas aciclíclos y explica la interacción entre las conformaciones rígidas y flexibles. Las condiciones estereoelectrónicas de las reacciones se estudian en detalle, con capitulos sobre adición SIN y eliminación ANTI y substitución. El autor supone un conocimiento elemental de los mecanismos de reacción, pero no de estereoquímica". Debo comentar brevemente que en particular el libro pone enfásis en reacciones electrofílicas y nucleofílicas desde la perspectiva lewisiana para reacciones oxígenadas, asequible y de fácil entendimiento.

DATOS TÉCNICOS:

Tamaño de descarga: 2,71MB

Total de páginas: 132

Archivo: Pdf

Editorial: El manual moderno, S.A

Origen: Inglés

Traducido al: Español

CONTENIDO:

- Quiralidad
- Reacciones de las moléculas quirales
- Conformaciones de sistemas acíclicos
- Conformación de sistemas cíclicos
- Estereoquímica en las reacciones de adición
- Estereoquímica de las reacciones de eliminación
- Efectos estereoquímicos de la substitución nucleofílica

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MODELO ATÓMICO DE BOHR

2012-03-31T20:51:00.015-05:00

El modelo atómico de E. RUTHERFORD no fue aceptado por los Físicos clásicos, según ellos, de acuerdo al modelo planteado por él se presentan dos posibilidades:

Si los electrones estan en reposo, estos deberían caer sobre el núcleo, porque de acuerdo a la Física clásica, dos partículas con cargas eléctricas opuestas se atraen, entonces es lógico concluir que los electrones deben precipitarse hacía el núcleo de cualquier átomo que se estudie, empero, esto es inaceptable, porque entonces el átomo no tendría las dimensiones que se conocen actualmente.

Si los electrones giran alrededor del núcleo, caerían sobre él, según la Física clásica; la teoría electromagnética sugiere que un electrón al desplazarse pierde energía, porque estan sometidos a una aceleración, por tanto los orbitales irían disminuyendo en su radio, hasta que también el electrón se precipite sobre el núcleo.

Niels BOHR

Niels Henrik David BOHR, nacido en Copenhague (Dinamarca en 1885), fue un Físico DANÉS que desarrollo una serie de contribuciones fundamentales para la comprensión de la estructura del átomo y de la mecánica cuántica, fallecido en 1962, fue discipulo de E. RUTHERFORD, del cual se intereso, en sus trabajos, hasta que finalmente en 1913 abandonando las consideraciones de la electrodinámica clásica, y considerando la teoría de la cuantización de la energía en la interacción radiación - materia introducida por M. PLANCK, además de los estudios de los espectros atómicos; BOHR, formula sus propuestas para superar las contradicciones aparentes entre los datos que se tenían del átomo y los conceptos físicos conocidos en aquel entonces.

Mediante el empleo de la Teoría Cuántica aplicada al átomo de Hidrógeno e iones con un solo electrón (especies hidrogenoides), elaboró su modelo, teniendo como base al modelo del "sistema planetario solar miniatura" de RUTHERFORD, enunciando los siguientes postulados:

1. Estabilidad de la Órbita.- El átomo de Hidrógeno posee un electrón (carga negativa) girando circularmente alrededor de un núcleo (carga positiva), ubicado en el centro del átomo, de forma tal que la fuerza centrífuga (Fc) es igual a la fuerza de atracción (Fa).

En el átomo la fuerza gravitacional (Fg) es muy pequeña, practicamente despreciable, por lo que en la condición de equilibrio se postula: Fc = Fe
Pero:

Donde "Ke" es la constante eléctrica, que en el sistema C.G.S es uno, Ke = 1; y "q" es la carga eléctrica del electrón y el protón (que son numéricamente iguales a 4,8x10^–10u.e.c) y se encuentran sujetos a la fuerza electrostática.

Además:

Donde "m" es la masa del electrón (9,11x10^–28gramos) y "V" es la velocidad del electrón (cm/s).

Igualando ambas ecuaciones, obtenemos:

Para especies hidrogenoides se observa:

o también:

Donde "Z" es el número atómico del hidrogenoide.

Ejemplo.- Se sabe que la superficie de un Astro presenta un hidrogenoide que emplea ocho minutos para desplazarse 2,1x10⁶km fuera de esta, si al analizarse su electrón se encuentra en estado basal, siendo además único. ¿De qué elemento se trata?
Considere: "trayectoria uniforme"

Resolución:
Al ser uniforme, se cumple: d = V x t... (*)
Donde: "d" es distancia; "V" es velocidad del electrón y "t" es tiempo
Tenemos: d = 2,1x10⁶km (pero: 1km = 10⁵cm), Procedemos:
d = 2,1x10⁶km = 2,1x10⁶x 10⁵cm esto resulta: 2,1x10¹¹cm
Luego procedemos con el t = 8min (1min = 60s), el resultado es:

t = 8 x 60s = 480s

De la ecuación (*), reemplazamos: 2,1x10¹¹cm = V x480s
Operando resulta: V = 4,375x10⁸cm/s
Aplicamos, para hidrogenoides:

Reemplazamos: 4,375x10⁸cm/s = (2,2x10⁸xZxcm/s)/1
Obtendremos: Z = 1,989, el cual resulta, Z = 2
Rpta: El Z = 2, identifica al elemento Helio (He)

2. Órbitas permitidas del Electrón.- El electrón en el átomo de Hidrógeno solo gira en determinadas órbitas de radios definidos, denominados niveles cuantificadps de energía. No se permiten otras órbitas que no sean aquellas en donde se cumple que el momento angular del electrón sea igual a múltiplos enteros de h/2π.

Momento angular, L = r x p; pero: p = m x V
Además, "p" es momentum o momento o cantidad de movimiento.

Donde:

"r" es el radio de Bohr (en este caso para el átomo de Hidrógeno)

"n" es el nivel u orbita de energía, la cual puede ser 1, 2, 3, 4, 5,... (en este caso para el "H", n = 1)

"m" es la masa del electrón igual a 9,11x10^–28gramos

"q" es la carga del electrón igual a 4,8x10^–10u.e.c
"h" es la constante de Planck la cual es igual 6,626x10^–27ergiosxs

Reemplazando los valores respectivos en la formula anterior, de acuerdo a Bohr se obtiene:

r = 5,2918xcm (10^–8cm = 1Å), transformando a Ángstrom se obtiene: r = 0,529Å para el átomo de Hidrógeno (H).

Analizando la expresión matemática de este postulado, por el cual se ha determinado el radio de la primera órbita, se observa que todas las variables a excepción de "n" (nivel), son constantes, entonces concluímos que el radio de Bohr para cualquier órbita del átomo de Hidrógeno, se puede calcular con la siguiente ecuación:

En especies hidrogenoides se cumple:

Donde: el radio de Bohr (a) es 0,529Å; "Z" es el número atómico y "n" es el nivel en la cual se desplaza el electrón.

Ejemplo.- En el hidrogenoidela velocidad del electrón es 2,93x10⁶m/s, ¿Cuál es la distancia respecto de su posición y el nivel basal en la especie hidrogenoide?

Resolución:

Del hidrogenoide:; Z = 4, para una V = 2,93x10⁶m/s la cual en "cm/s" es: 2,93x10⁸cm/s

Aplicamos:

Reemplazamos: 2,93x10⁸cm/s = (2,2x10⁸x 4cm/s)/n; obtenemos: "n = 3"
Donde el nivel basal es "n = 1"

Nos piden la distancia (d) entre el nivel "3" y el nivel "1", de lo cual observamos:

De la relación, procedemos:

Esto resulta: d = 1,058Å (Rpta.)

3. Energía de un electrón en la Órbita.- El electrón en el átomo de Hidrógeno, mientras gire en la misma órbita, no emite, ni absorbe energía, debido a que dichas órbitas son estados estacionarios de energía, lo cual implica que se pueden cuantificar.

Según el enunciado del postulado, los electrones que se encuentran moviéndose en una órbita, poseen una energía total (Et), la cual se determina de acuerdo a la siguiente ecuación:

Así, para el electrón del átomo de hidrógeno en su primera órbita (n = 1), según Bohr es:

Esta energía (erg/electrón) expresada en otras unidades es:

E1 = -13,6e-V/electrón = -5,2093x10^-19cal/electrón = -313,6kcal/mol de electrones

En el siguiente esquema se puede observar:

En la expresión matemática de este postulado, se observa que las variables son constantes a excepción de "n", entonces el valor de la energía en el resto de los orbitales depende de "n", y puede calcularse con la siguiente ecuación, para el caso del átomo de Hidrógeno:

Donde: E1 (E₁) es una constante que puede ser:

-13,6e-V/electrón ó -5,2093x10^-19cal/electrón ó -313,6kcal/mol de electrones

Aplicando esta última ecuación para otros niveles superiores de energía, se observa que esta comienza a aumentar a medida que nos alejamos del núcelo atómico.

Para especies hidrogenoides se aplica la siguiente ecuación:

Donde "Z" es el numero atómico del hidrogenoide.

OBSERVACIÓN: La máxima energía de un electrón es CERO (0), y esta se manifiesta cuando está muy lejos del núcleo, en el infinito.

Ejemplo.- Si para el átomo de Hidrógeno en estado basal, se le suministra a su electrón 2,04x10^-18J de energía, hasta que nivel energético debe llegar.

Resolución:

Tenemos 2,04x10^-18J de suministro, el cual transformaremos a "e-V":

6,25x10¹⁸e-V = J

para lo cual:

2,04x10^-18J = 2,04x10^-18x 6,25x10¹⁸e-V, esto resulta: 12,75e-V

Planteando: E_n = E₁+ 12,75e-V; Donde E₁ es el estado basal del "H" el cual equivale a -13,6e-V; ahora reemplazamos:

E_n = -13,6e-V+ 12,75e-V = -0,85e-V

Aplicamos:

Reeemplazamos:

Operando, encontramos que: n = 4

Si en un inicio se encuentra en el nivel basal (n = 1), de acuerdo al resultado llegaría hasta el nivel cuatro, por lo que esta (n = 4) es la respuesta.

4. Saltos o transiciones electrónicas.- Un átomo solo emite energía cuando un electrón salta de un nivel superior (o externo) de energía a otro inferior (o interno); y absorbe energía en el caso contario. la energía absorbida o emitida por un átomo, recibe el nombre de "Quantum" o Cuanto (o Fotón).

Así: E_fotón = E = E_i - E_f

También:

Donde:
E_i = Energía del nivel de donde sale el electrón

E_f = Energía del nivel a donde llega el electrón
De aquí observamos que: ∆E > 0 (Energía absorbida); ∆E < 0 (Energía liberada)

De acuerdo a Rydberg, la ecuación para el átomo de hidrógeno se cumple:

Para el caso de especies hidrogenoides, se aplica:

Donde:

R_H = Constante de Rydberg, la cual depende de "J", así observamos:

J = 1/λ entonces R_H = 109 677cm^-1 = 1,1x10⁵cm^-1; para el cual n_f > n_i
J = E (Energía) entonces R_H = 13,6e-V/electrón = 313,6kcal/mol de electrones
J = f (frecuencia) entonces R_H = 3,288x10¹⁵s^-1

Con este esquema propuesto por Niels BOHR en 1913, se pueden explicar las líneas del espectro del átomo de Hidrógeno, aún cuando hasta esa fecha se habían descubierto las series de BALMER (1885) y las series de PASCHEN (1908) ya indicadas anteriormente.

La serie de LYMAN fue descubierta en 1916, y se explican por los saltos del electrón desde las órbitas n_i = 2, 3, 4, 5, 6, 7,... hasta el n_f = 1; los estados energéticos de los espectroscopistas se convierten en órbitas; las otras series se explican de la misma forma.

Para explicar su modelo atómico, BOHR introduce un numero entero, "n", que indica lo que él denominó ÓRBITA, hoy se conocen como nivel o capa de energía, como "n" debe ser un numero entero, la energía y el radio son discontínuos y solo se permiten ciertos valores. Según la teoria de BOHR, las líneas de emisión siguen la relación nde RYDBERG, pues n_i y n_f, no son más que los estados inicial y final de transiciones electrónicas.

El átomo de BOHR. Cada órbita es un estado posible para el único
electrón. Se han indicado las transiciones que originan las diversas
series de líneas del espectro.

Cuando se dice que el Hidrógeno tiene un electrón en el primer nivel, con la siguiente estructura: 1s, nos referimos implícitamente al contenido más bajo de energía electrónica, en cuanto este excitado, su electrón se sitúa en el nivel correspondiente de excitación. Al estado atómico con menor energía se le denomina ESTADO BASAL o ESTADO FUNDAMENTAL y a todas las restantes como ESTADO EXCITADOS. Las distintas órbitas fuerón denominados por las letras: K, L, M, N, O, P , Q... o sus correspondientes "números cuánticos principales": 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7...

El Físico DANÉS nacido en Copenhaue, NIELS HENRIK DAVID BOHR, en 1922 es galardonado con el Premio NOBEL de Física por "sus servicios en la investigación de la estructura de los átomos y de la radiación que de ellos emana"; murió en el mes de Noviembre de 1962.

ESPECTROSCOPIA

2012-02-29T22:39:00.011-05:00

Espectrómetro de RAMAN

Existen diferentes técnicas de monitoreo y control del medio ambiente, como es el caso de la polución por compuestos orgánicos volátiles, pero es la Espectroscopia la que tiene una mayor ventaja potencial al proveernos de escaneados simultáneos de las longitudes de onda en regiones del Espectro como la Infrarroja, IR (radiación de mayor longitud de onda que la luz visible, y no observable por el ojo humano), la cual permite la detección de diversos compuestos químicos, pero a todo esto, ¿Qué es un Espectro?, pues un ESPECTRO puede conceptuarse como la representación gráfica de un conjunto de radiaciones electromagnéticas (REM) absorbidas o emitidas, las cuales están ordenadas en función a sus longitudes de onda, frecuencia o energía. En el análisis espectral, el espectro energético es la imagen representada por un registro gráfico que se observa en un sistema físico al ser excitado para luego ser analizado, estos sistemas pueden ser desde estrellas hasta moléculas, átomos, minúsculos corpúsculos que debido a su actividad generan energía. Los sistemas físicos generan energía que pueden ser de dos tipos: EMISIÓN si el registro es producido por una muestra excitada y de ABSORCIÓN si la muestra es irradiada con una banda de frecuencia adecuada evaluándose por defecto las frecuencias que han sido absorbidas por la muestra.

Espectro de colores

ESPECTROSCOPIA

Es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética (REM) y la materia, con absorción o emisión de energía radiante, en tal sentido la espectroscopia relaciona a los espectros con la estructura atómica o molecular de la sustancia; así cada elemento o compuesto presenta un espectro único y particular que le sirve a manera de "huella digital", permitiendo identificar a diversas sustancias que contiene una muestra, aunque esto involucre encontrar trazas de ellos.

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Es el conjunto de las diversas clases de ondas electromagnéticas (OEM) que al ser tan variadas es necesario considerarlas en orden generalmente creciente a sus longitudes de onda o según su frecuencia (proporcional a la energía), esta última es inversa a la longitud de onda.

Espectro electromagnético

Del espectro electromagnético se puede observar lo siguiente:

La radiación electromagnética (REM) de mayor longitud de onda y de menor frecuencia (y energía) son las ondas de radio, mientras que la REM de menor longitud de onda, pero de máxima frecuencia son las radiaciones cósmicas (que en la gráfica se ubicaría justo en la parte superior de los rayos gamma con una longitud de onda promedio de 10^–5nm).

La fuente de radiación principal de las REM son: el SOL de reacción nuclear para los rayos cósmicos. La DESINTEGRACIÓN NUCLEAR para los rayos gamma. La DESINTEGRACIÓN NUCLEAR y la TRANSICIÓN ELECTRÓNICA en niveles internos de un átomo para los rayos "X". La TRANSICIÓN ELECTRÓNICA en niveles internos de un átomo para la radiación ultravioleta (UV). La TRANSICIÓN ELECTRÓNICA en niveles externos de un átomo para la Luz visible. La TRANSICIÓN ELECTRÓNICA y la VIBRACIÓN MOLECULAR para la radiación infrarroja (IR). La ROTACIÓN MOLECULAR para las microondas. La ROTACIÓN MOLECULAR y RADIOTRANSMISORES para el radar. Los RADIOTRANSMISORES para TV VHF, UHF, celulares, radio FM, onda corta, radio AM y onda larga. El COMPUTADOR para micropulsos.

Cada tipo de REM tiene diversas aplicaciones dentro de la ciencia y la tecnología, así los rayos "X" hoy denominados rayos "Röentgen" se emplean en medicina, análisis cristalográficos, bioquímica, solo por citar un ejemplo.

La ondas Hertzianas comprenden desde los rayos Infrarrojo (IR, de calor) hasta las ondas de radio.

Dentro del espectro electromagnético, el cual es tan amplio, existe una estrechisíma banda comprendida entre los 390nm y 700nm de longitud de onda, los cuales son sensibles a nuestros ojos, de este modo permiten la visión de los cuerpos que la emiten, este conjunto de radiaciones forman el Espectro Luminoso o "Espectro Visible". Si se hace pasar un haz de lus solar (luz blanca) a través de un prisma de vidrio (o rejilla de difracción) se observa sobre al extremo para una placa fotográfica una banda coloreada semejante al arco iris, donde cada color implica una radiación monocromática, siendo esta descomposición de la luz denominada "fenómeno de dispersión de la luz", siendo la banda coloreada el espectro visible, pues esta la podemos percibir. El espectro visible es "continuo" pues entre la banda de colores no existe ninguna sombra oscura.

Espectro visible

Del grafico podemos deducir que la luz monocromática roja es la que presenta mayor longitud de onda (pero menor frecuencia, por tanto energía minima), mientras que la luz monocromática violeta presenta menor longitud de onda (pero mayor frecuencia, por tanto energía máxima). El color de un cuerpo material es de color rojo si al ser irradiado con la luz solar, refleja la radiación roja y absorbe las demás radiaciones monocromáticas, en el caso del color violeta este se manifiesta si al ser irradiado con la luz solar, refleja la radiación violeta absorbiendo las demás radiaciones monocromáticas, empero un cuerpo es de color negro si absorbe todas las radiaciones monocromáticas, no flejando ninguna de dichas radiaciones monocromáticas, en el caso del color blanco este refleja todas las radiaciones monocromáticas.

TIPOS DE ESPECTRO:

ESPECTRO CONTINUO.- Son aquellos que se emiten por los materiales incandescentes en estado condensado (sólidos o líquidos) y gases a alta presión, siendo sus características independientes del material que emite la radiación: El espectro contiene todas las longitudes de onda correspondientes a una región específica del espectro electromagnético, como es la luz visible, así tenemos el arco iris el cual es un espectro continuo de la luz blanca.

ESPECTRO DISCONTINUO.- Cuando las muestras gaseosas a baja presión son sometidas a descargas eléctricas para luego hacer que la luz emitida por el gas se disperse, estas generaran un espectro de líneas discontinuas, que en este caso se denominan "espectro de emisión".

ESPECTRO ATÓMICO DEL HIDRÓGENO

ESPECTRO DE ABSORCIÓN.- Es el que se logra obtener después de haber hecho pasar a través de una sustancia, un espectro continuo, partes de las radiaciones del espectro continuo faltan o son debilitadas a causa de la absorción observándose líneas oscuras sobre un fondo blanco.

ESPECTRO DE EMISIÓN.- Es el que se logra obtener de un foco emisor sin interponer en su trayectoria materia alguna (excepto aire). En nuestro caso el hidrógeno atómico excitado (sometido a una descarga eléctrica) emite luz y ésta se descompone en un prisma, para luego observarse en la placa fotográfica un conjunto de lineas brillantes sobre un fondo oscuro, este espectro de emisión se denomina espectro de líneas. La experiencia en un inicio se desarrollo a finales de la década de 1850 por KIRCHOFF y BUNSEN.

El espectro que caracteriza a cualquier elemento se obtiene mediante un dispositivo denominado "Espectrómetro o Espectrógrafo", en el caso de los sólidos incandescentes estos generan espectros continuos (espectro visible), ciendo las sustancias moleculares las que generan "Espectros de bandas", donde cada banda esta constituida por un conjunto de líneas finas muy juntas, pero separables con espectroscopios de alto poder de resolución.

RELACIONES ESPECTROSCÓPICAS

Un elemento químico en estado gaseoso incandescente o excitado por una descarga eléctrica, emite una radiación que constituye su espectro atómico de emisión mediante una brillantez que le es característico; estos espectros se caracterizan por ser discontinuos, estando constituidos por líneas (rayas) luminosas de frecuencias definidas separadas por zonas oscuras, cada elemento da lugar a un espectro propio gracias al cual se le puede identificar. El Astrónomo JANSSEN en 1868 durante un eclipse solar observó que las rayas obtenidas no podrían atribuirse a ningún elemento conocido en la Tierra, esa "raya" se adjudicó a un elemento nuevo, el HELIO (He), del griego "helios = sol". El espectro del Hidrógeno es el más simple de todos los elementos, si observamos detenidamente su espectro de emisión se observará lo que J. J. BALMER descubriría en 1885, grupos de líneas, que reciben el nombre del científico que los descubrió, en este caso BALMER descubriría la región del espectro VISIBLE.

LA TEORÍA CUÁNTICA

2012-01-31T23:47:00.012-05:00

Ernest RUTHERFORD, basado en la Física clásica de NEWTON, consideraba que el electrón (carga negativa) para vencer la fuerza de atracción electrostática, ejercida por el núcleo atómico (carga positiva), se encontraba girando alrededor del núcleo, a grandes velocidades; Sin embargo de acuerdo a la hipótesis electromagnética de MAXWELL una carga eléctrica acelerada irradia energía. El electrón con su carga eléctrica que sigue una trayectoria circular se encuentra acelerado, por lo tanto esta debe estar constantemente perdiendo energía, disminuyendo su energía cinética y velocidad, las órbitas (trayectoria del electrón) que va recorriendo van reduciendo su diámetro, originando que esta describa una trayectoria en espiral hacía el núcleo, lo cual no estaba de acuerdo con su investigación considerándose a este hecho como el ERROR de RUTHERFORD.

ERROR de RUTHERFORD
(La energía irradiada por el electrón hace que se precipite al núcleo en forma de espiral)

EL INICIO DE LA TEORÍA CUÁNTICA

Era a mediados del siglo XVII, cuando el Físico Inglés Sir Isaac NEWTON realizaba experimentos con la luz solar (luz blanca), logrando descomponerla en sus siete componentes empleando para ello un prisma, basado en el fenómeno de refracción que experimenta la luz cuando pasa de un medio menos denso (en este caso el Aire) a otro más denso (en este caso el prisma), para luego salir al aire.

La luz blanca puede descomponerse en todos sus colores (ESPECTRO) con el prisma,
en la naturaleza la observamos con la formación del arco iris

J. MAXWELL

Por el año 1873 el Físico Escocés James Clerk MAXWELL dedujo que la luz presentaba cualidades electromagnéticas, lo que fue corroborada experimentalmente, ocho años después de su muerte, por el Físico Alemán H. HERTZ en 1888 cuando sostuviera que "La luz es una radiación electromagnética (R.E.M) que se propaga en el espacio (vacío) mediante movimiento ondulatorio".

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (R.E.M)

Es una variedad de energía radiante que se transmite mediante movimiento ondulatorio, razón por el cual se le denomina "Onda ElectroMagnética (O.E.M)" la cual a su vez se traslada a velocidad constante pudiendo hacerlo en el vacio. Las OEM son "transversales" debido a que la dirección de perturbación es perpendicular a la dirección en la cual se propaga la Onda además de no necesitar un medio material para desplazarse, como es el caso de las "Ondas mecánicas" (Longitudinales y Transversales).

OBSERVACIÓN: MAXWELL introdujo el concepto de OEM para describir algebraicamente la interacción entre los campos eléctrico y magnético mediante ecuaciones descriptivas que cuantifican dichos campos de fuerzas.

Las OEM son aquellas radiaciones que producen en su desplazamiento campos eléctricos y magnéticos regulares, fluctuantes de oscilaciones uniformes siendo sus planos eléctrico (E) y magnético (B) perpendiculares entre si, estas OEM como la luz visible, ondas de radio o la radiación gamma en el vacio presentan igual velocidad, esto es igual a la velocidad de la luz, C (299 792,458km/s), la cual se aproxima a 300 000km/s considerándose como velocidad finita. Una OEM se puede esquematizar de diferentes formas, así, por ejemplo tenemos los esquemas:

Las OEM se caracterizan por su velocidad (V = C) y su longitud de onda (λ) representada en la ecuación de MAXWELL: C = f x λ

de esta ecuación podemos deducir que las OEM se diferencian unas de otras por su longitud de onda (λ) y su frecuencia (f), ambas (λ y f) presentan una relación inversa, esto es "a mayor longitud de onda, menor frecuencia, y, viceversa".

Longitud de Onda (λ).- Es la distancia entre dos valles o dos crestas consecutivas de la onda en los que la perturbación física tiene exactamente las mismas cualidades. Se mide en ángström (Å), nanómetro (nm), centimetro (cm), metro (m),...
Número de Onda (#λ).- Es el número de ondas (o ciclos) que pasan por una unidad de longitud (cm). Esta se relaciona sí:

#λ = número de ciclos/λ. Se mide en: cm^–1

Frecuencia de oscilación (f = ν).- Es el número de veces en la que la perturbación se repite idénticamente en la unidad de tiempo (segundo = s). Se mide en ciclos por segundo (s^–1), el cual se relaciona así: s^–1 = Hertz (Hz).
Periodo (T = τ).- Es el tiempo que demora en pasar un ciclo completo (1ciclo = 1λ) originado por la perturbación. Se mide en segundos; siendo reciproco de la frecuencia, así: T^–1 = f
Amplitud (A).- Es la desviación máxima de desplazamiento que adopta la onda respecto de una posición de equilibrio. La amplitud esta relacionada con la raíz cuadrada de la intensidad luminosa (cuya unidad es "candela", cd) además del campo eléctrico (E) de la onda.
La rapidez de propagación de una onda (V) se calcula así: V = λ / T

E1. Un puntero Lázer o una señal de semáforo emiten una luz roja de longitud de onda igual a 6600Å, ¿cuál es su frecuencia en Hertz de dicha radiación?

Sabemos que 1Å = 10^–10m, entonces: 6600Å = 6,6x10³x1Å = 6,6x10³x10^-10m esto resulta: 6,6x10^–7m

Para saber cual es su frecuencia (f), aplicamos la ecuación: f = C / λ

Para ello recordemos que: C = 3,0x10⁸m/s; ahora reemplazamos así:

f = (3,0x10⁸m/s) / (6,6x10^–7m) = 4,5x10¹⁴xs^–1 = 4,5x10¹⁴Hz (Rpta)

E2. Un Radar de vigilancia aérea que puede trabajar en superficie por sus dimensiones, también puede ser adaptado para ser montado en buques, si un radar con dichas características se presenta en la gráfica siguiente:

¿Cuál es la frecuencia en MHz que puede generar?

Observando el triángulo rectángulo, podemos deducir lo siguiente:

Ahora aplicamos: f = C / λ

Donde: C = 3,0x10⁸m/s; λ = 2,0m; luego reemplazamos así:

f = (3,0x10⁸m/s) / (2,0m) = 1,5x10⁸1/s = 1,5x10⁸Hz

Recordemos que: 1M (mega) = 10⁶

Hacemos artificios: 1,5x10⁸Hz = 1,5x10²x10⁶Hz = 1,5x10²MHz (Rpta)

LA TEORÍA DE LOS "CUANTOS"

Max PLANCK

Para la Física Clásica de MAXWELL la absorción y emisión de las radiaciones electromagnéticas (o R.E.M) se manifiestan mediante "energía continúa", es decir un cuerpo absorbe o emite una R.E.M en forma ininterrumpida; Empero en 1900 el Físico Alemán Max Karl Ernest Ludwig PLANCK, basándose en las investigaciones de HERTZ y de las radiaciones térmicas de los cuerpos negros es que logra establecer que la "energía es discontinúa".

Cuerpo Negro

Un CUERPO NEGRO es un objeto ideal cuya cualidad es absorber luz y energía radiante con la que esta en contacto y que además esta radiación incidente no se refleje o pase a través de él; sin embargo el cuerpo negro de sistema físico ideal (introducido en 1862 por G. KIRCHHOFF) emite luz a la que se le denomina "radiación de cuerpo negro". Todo cuerpo emite energía en forma de OEM la cual varia directamente con la temperatura del emisor pero de manera inversa con la longitud de onda, así por ejemplo cuando la temperatura aumenta, también lo hará la energía emitida, más la longitud de onda será más corta, es por tal razón que cuando se calienta un cuerpo este cambia de color, como en el caso del herrero el metal se funde y varía de una coloración rojo vivo (6500Å) a naranja (6000Å) a amarillo (5800Å), y esta es pues, que al aumentar la temperatura las longitudes de onda de los "colores" va disminuyendo, pero cuando la temperatura es equivalente, la energía liberada dependera también de la naturaleza de la superficie del cuerpo, tal es el caso de una superficie negra cuyo poder emisor o absorbente es mayor a la de una superficie brillante, esto lo podrás notar cuando en un día de Verano empleas un polo negro y un polo de colores, ambos hechos del mismo material (algodón por ejemplo), el de color negro es más absorbente y retendrá energía y con ello la radiación ultravioleta (UV) es por eso de la sensación de calor intenso con el uso de esta prenda de color negro.

Max PLANCK explico por que la energía no es divisible indefinidamente, sinó que existe una última parte de energía a la que él denomino CUANTO, para lo que postulo la hipótesis siguiente: "La energía no puede ser absorbida ni emitida en forma contínua, sinó, en cantidades discretas, definidas y múltiplos de una unidad fundamental". La energía involucrada a cada unidad fundamental de energía es proporcional a la frecuencia (f), llamandose la constante de proporcionalidad "Cuanto elemental de acción", siendo representada por la ecuación siguiente: E = h x f

donde:

E = Energía asociada a cada Cuanto

f = Frecuencia de la Onda

h = Constante de cuanto de acción o de Planck = 6,626x10^-34Jxs

De acuerdo a la teoría de los CUANTO, "la acción mínima que se puede transmitir de un sistema a otro es de 6,626x10^-34Jxs, siendo todas las demás posible acciones múltiplos de ella".

En 1905, EINSTEIN para interpretar y explicar el "efecto fotoeléctrico", estudiado antes, por HERTZ, THOMSON y otros, generalizó la teoría de PLANCK, al plantear que la luz esta constituida por paquetes de CUANTOS de luz o FOTONES, donde la energía que transporta cada FOTÓN se determina con la Ecuación de PLANCK. Por las aportaciones que realizó en el campo de la Física debido a sus descubrimientos sobre los CUANTOS de ENERGÍA, Max PLANCK en 1918 es galardonado con el Premio Nobel de Física.

E3. Halle la longitud de onda de los rayos "X", cuyos fotones transportan cada uno 5000eV de energía.

Recordemos que: 1eV = 1,6x10^-19J; entonces:
5000eV = 5,0x10³x1eV = 5,0x10³x1,6x10^-19J; operando resulta:  8,0x10^-16J
el resultado le corresponde a "un solo fotón" (de acuerdo al dato)
Aplicamos la ecuación de PLANCK: E = h x f
Reemplazamos: 8,0x10^-16J = (6,626x10^-34Jxs) x f
Esto resulta: f = 1,21x10¹⁸s^-1
Ahora aplicamos la ecuación de MAXWELL: f = C / λ
Reemplazamos:  1,21x10¹⁸s^-1 = (3,0x10⁸m/s) / λ
Obtenemos: λ = 2,48x10^-10m (1Å = 10^-10m)
Finalmente: λ = 2,48x10^-10m =  λ = 2,48Å (Rpta)

E4. Bajo el supuesto que nuestro SOL irradia como si fuese un "cuerpo negro", calcule la temperatura (T) de su superficie, considerando el hecho que la longitud de onda de la emisión es máxima de valor igual 5100Å. La longitud de onda máxima (λm.) esta formulada así: λm. = (C xh) / (4,9 x k x T)
Dato, k = constante de Boltzmann = 1,3803x10^-16erg/Kxmol

Sabemos que 1Å = 10^–8cm, entonces: 5100Å = 5,1x10³x1Å = 5,1x10³x10^-8cm esto resulta: 5,1x10^–5cm
De la ecuación propuesta: λm. = (C xh) / (4,9 x k x T)
Debido a que "k" como constante emplea "erg" como parte de sus unidades es que:
h = 6,626x10^–27ergxs; C = 3,0x10¹⁰cm/s
Reemplazamos valores:
5,1x10^–5cm = (3,0x10¹⁰cm/s x6,626x10^–27ergxs) / (4,9 x 1,3803x10^-16erg/Kxmol x T)
Simplificando y eliminado unidades:
5,1x10^–5 = 0,294K/T esto resulta:   T = 5 762,8K (Rpta)

Max PLANCK sienta las bases con sus leyes, de lo que es la Teoría Cuántica (hoy convertida en la "Mecánica Cuántica"), con la que se explica satisfactoriamente efectos como: "el Efecto fotoeléctrico", "el Efecto Compton",... Los grandes avances del siglo XX en los distintos campos cientifícos como la electrónica, física, criptografía, química, medicina y hasta casi el 30% del P.B.I. de los Estados Unidos del Norte de América estan ligadas a las aplicaciones de técnicas derivadas del desarrollo de la Mecánica Cuántica.

TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS II

2011-11-30T22:52:00.013-05:00

J. B. Perrin

El primer modelo atómico considerado fué el denominado "budín con pasas" de J. J. THOMSON del cual el mismo científico intuía que era insuficiente; En 1903 el Físico - Químico Francés Jean Baptiste PERRIN modificó éste modelo al sostener que los electrones no se encuentran distribuidos en todo el átomo, sino estos se encuentran situados en la parte externa, posteriormente este modelo se descartó con el descubrimiento del núcleo atómico, PERRIN recibió el Premio Nobel de Física en 1926 por sus estudios de las estructuras discontinuas de la materia y principalmente por el descubrimiento sobre el equilibrio de sedimentación.

DESCUBRIMIENTO DEL NÚCLEO ATÓMICO

E. Goldstein

Por el año 1886, el Físico Alemán Eugen GOLDSTEIN descubrió cierta luminosidad detrás del cátodo del tubo de rayos catódicos; Así si el cátodo se perfora y se convierte en una criba (especie de lámina agujereada) al cual se le aplica un potencial eléctrico se observara a una serie de rayos de luz que atraviesan el cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos, estos rayos denominados CANALES (o rayos ANÓDICOS) se originan por el choque de los rayos catódicos con los átomos de los gases que se encuentran en el interior del tubo, durante estas colisiones los átomos del gas pierden sus electrones cargándose positivamente y moviéndose del ánodo al catódo. GOLDSTEIN comprobó que las características de estos rayos dependen del tipo de gas que los produce, esto resulta ser obvio, pues cada gas da un catión distinto al ionizarse. El descubrimiento del PROTÓN se efectúo al trabajar con el gas de hidrógeno dentro del tubo. Si en el tubo de RAYOS CANALES se coloca gas hidrógeno y se determina la relación carga/masa de las partículas (iones) de hidrógeno se obtiene: 9,58x10⁴C/g y si la relacionamos con la (carga/masa) del electrón que resulto: 1,759x10⁸C/g, esta nos indica que la masa de cada partícula (ión hidrógeno, protón) es 1835 veces mayor que la masa del electrón (ó masa_{iónhidrógeno, protón} = 1836masa_electrón), además de observarse que la carga de cada partícula positiva (ión hidrógeno, protón) es numéricamente igual a la del electrón (-1,6x10^-19C) esto es: +1,6x10^-19C.

Los rayos CANALES son de naturaleza corpuscular que impresionan las placas fotográficas, siendo el color dependiente del elemento empleado, por ejemplo el color rojo es en el hidrógeno, el amarillo oro en el nitrógeno, en el caso de su ángulo de desviación frente a la acción de los campos eléctricos y magnéticos esta es menor que en los rayos CATÓDICOS, empero el sentido de esta desviación prueba que son partículas cargadas positivamente. Los rayos CANALES cargan positivamente al metal sobre el cual inciden, también producen una ionización intensa en los gases que atraviesan, si embargo esta se detiene si la presión no es muy baja, debido a que su inercia es mayor que los rayos CATÓDICOS es lógico deducir que su masa es también mayor.

W. K. Röentgen

En 1895 el Físico Alemán Wilhelm Konrad Röentgen descubre los rayos "X" al observar que en las paredes del tubo de vidrio de rayos CATÓDICOS en los puntos alcanzados por estos además de producirse fluorescencia violeta se genera una nueva especie de rayos, que tenía como cualidad hacer luminosa una pantalla de cartón negro recubierta con una solución de cristales de platino-cianuro de bario, Ba[Pt(CN)₆], determinando que los rayos desconocidos (de por eso rayos "X") producían una "radiación" muy penetrante e invisible que atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo; estos rayos actualmente se conocen como rayos RÖENTGEN, un año despues de su descubrimiento su trabajo que no fue patentado por él, a pesar de la sugerencia de T. ALVA EDISON, es considerado producto de su agudeza científica más no de la casualidad, debido a este descubrimiento es que en 1901 W. K. RÖENTGEN recibe el Premio Nobel de Física.

En la actualidad se conoce que la naturaleza de los rayos "X" se debe a que estos se producen al bajar un electrón de la capa L (o capa 2) a la capa K ( o capa 1), de un átomo ubicado en la superficie de la pantalla.

Los rayos "X" presentan las siguientes propiedades:

Al igual que los rayos ultravioleta (UV) y los rayos catódicos, estos excitan la fluorescencia de diversos cuerpos como las pantallas recubiertas de sulfuro de zinc (ZnS), tungstato de calcio (Ca(WO₃)₂), Ba[Pt(CN)₆],...
Se observa acción química, impresionan, ennegresen las placas fotográficas.
Ionizan el aire pemitiendo su conductividad, dicha ionización puede medirse con una cámara de Geiger.
Su poder de penetración es inversa a la masa atómica de la sustancia, así los huesos son poco penetrados siendo por tanto observados a través de una placa radiográfica, capas gruesas de plomo detienen a estos rayos.
Son ondas electromagnéticas (OEM) por lo que experimentan fenómenos de reflexión, refracción, difracción, interferencia,...

Hacía finales del siglo XIX los científicos estaban interesados en el fenómeno de la fluorescencia, uno de ellos fué el Físico Francés Antoine Henri BECQUEREL, en uno de sus muchos experimentos colocó unos cristales de sulfato de potasio y uranilo dihidratado, K₂SO₄.(UO₂)SO₄.2H₂O, sobre una placa fotográfica envuelta con papel negro y expuesta a la luz solar, observando que el destello fluorescente liberado por el compuesto de uranio atravesó el papel, como consecuencia la porción de la película que se encontraba debajo de los cristales del mineral se oscureció, lo que no ocurría cuando llegaba la luz solar directamente a la película pues el papel impedía su penetración, esto como era lógico de esperar significaba una gran diferencia entre la luz solar y la fluorescencia emitida por el mineral debido a que este último debería tener mayor energía; es así que en Febrero de 1896 BECQUEREL hizo los arreglos necesarios para seguir con nuevos experimentos, pero por esa fecha en Francia era Invierno, por lo que impedia que el Sol brillara por varios días, entonces optó por postergar su trabajo, por lo que envolvió los cristales del mineral junto con la película envolviéndolos con el papel negro; pero luego de varios días, el 1 de Marzo, regreso a continuar su trabajo, al inspeccionar la muestra encontró que la película fotográfica había sido revelada, su interpretación fué: "... el uranio emitía espontáneamente sin la necesidad del estímulo de la luz exterior...". Mas adelante analizó a un mineral impuro de uraninita denominado Pechblenda que contiene óxido de uranio, UO₂, encontrando que este mineral afectaba más a la película fotográfica que el mineral inicial sospechando como causante a algún elemento desconocido, su trabajo fué continuado por sus colaboradores, el Físico Francés Pierre CURIE (murió en 1906) y la Física y Química Polaca Marie Sklodowska CURIE (murió en 1934) ambos lograrían aislar dos nuevos elementos, en 1898 fué el Polonio (Po) y en 1902 el elemento Radio (Ra). En 1903 tanto BECQUEREL (murió en 1908) como los esposos CURIE fuerón galardonados con el Premio Nobel de Física por sus trabajos relacionados con la radiactividad espontánea, en 1911 Marie CURIE fué galardonada por segunda vez, en este caso, con el Premio Nobel de Química por el estudio y demostración de la obtención del Ra.

Becquerel; Pierre y Marie Curie

Al fenómeno producido por algunos elementos como el Ra, U, Po se le denomina RADIACTIVIDAD la cual es la espontánea ruptura de un átomo por emisión de partículas y/o radiación.

En 1899 se demostró que estas radiaciones eran desviadas por el campo eléctrico y magnético los cuales no eran perceptibles por la vista pero su evidencia se notaba por sus efectos como la fluorescencia; sin embargo en 1902, Ernest RUTHERFORD y su colaborador Frederick SODDY enuncian una teoría acerca de la radiactividad: "cuando una sustancia radiactiva emite una particula (alfa (α) o beta (β), descubierta por RUTHERFORD) se transforma en un elemento distinto con diferentes propiedades físicas y químicas", esta teoría se contraponia a la noción del átomo indivisible de DALTON. Posteriormente a los rayos "α" y "β", se encontró un tercer tipo de radiación al que se denominarón rayos gamma (γ). De estos tres rayos se puede mencionar brevemente sus siguientes características:

Los rayos ALFA (α), son de naturaleza corpuscular, formados por núcleos de helio, producen fluorescencia, con una velocidad inicial de desintegración de 20000km/s pierden sus propiedades poco despues de ser emitidos, estos pueden ser detenidos por una lámina de papel o de aluminio (Al) de espesor igual a 0,1mm, frente a un campo eléctrico se desvían al polo negativo, esto es porque presentan carga positiva y frente a un campo magnético se desvían al polo sur.

Los rayos BETA (β), son de naturaleza corpuscular, semejantes a los electrones, su velocidad de penetración inicial es de alrededor de 270000km/s, siendo detenidos por láminas de metal con un espesor de 5mm, frente a un campo eléctrico se desvían al polo positivo, esto es porque presentan carga negativa y frente a un campo magnético se desvían al polo norte.

Los rayos GAMMA (γ), son de naturaleza electromagnética, formadas por fotones, siendo su velocidad de penetración inicial semejante a la luz, pueden ser detenidos por bloques de Plomo (Pb) de unos 30cm de espesor, no son desviados por campos eléctricos, ni magnéticos, esto evidencia su electroneutralidad.

MODELO ATÓMICO DE ERNEST RUTHERFORD

Ernest Rutherford y colaboradores

Observándose que en los átomos existen cargas negativas y positivas en la cual se manifiesta electroneutralidad atómica, es lógico suponer que esta característica se debería a que el número de cargas positivas y negativas deben ser iguales, algunos científicos trataban de explicar como es que se hallaban estas cargas distribuidas en el interior del átomo, entre estos científicos se encontraban RUTHERFORD y sus colaboradores H. GEIGER y E. MARSDEN.

En 1909 Hans GEIGER y Ernest MARSDEN investigarón el paso de las partículas alfa emitidas por el elemento radiactivo Po, a través de una lámina delgada de Platino (Pt), 4,0x10^-5cm de espesor, la mayoría de las partículas alfa atravesaban en línea recta , sin embargo alrededor de uno de cada 8000 partículas alfa experimento una desviación de 90^o, y alguna todavía más con respecto a la dirección de incidencia, este trabajo hizo que RUTHERFORD comentara: "... fué el más increibe evento que ha ocurrido en mi vida, es tan increibe como si al disparar una granada de 15 pulgadas (38cm) sobre el papel higiénico, éste rebotara y le golpeara a uno mismo...". Por ese entonces se sabía que la masa de una partícula alfa era 7300veces más pesada que el electrón, entonces era imposible que estos provocaran una considerable desviación del proyectil. De acuerdo con el modelo de THOMSON donde la carga positiva está dispersa en todo el átomo, se esperaban pequeñas deflexiones debidas a las colisiones múltiples. A sugerencia de RUTHERFORD, GEIGER y MARSDEN midierón la probabilidad de rebote del proyectil colocando el detector entre la fuente y la laminilla de oro (dicha experiencia se denomino "pan de oro"), el resultado fué positivo.

En un inicio RUTHERFORD llego a la conclusión que entre los átomos del metal existían grandes espacios vacíos debido a que la mayoría de los rayos atravezaban a la laminilla, también observo que como era poca la cantidad de partículas alfa que habían sido fuertemente desviadas, esto se podía explicar por la existencia de una diminuta y densa parte del átomo con carga positiva. En 1911 Ernest RUTHERFORD, Físico y Químico Británico - Neozelandés, propone un nuevo modelo atómico, en el cual toda la carga positiva se coloca en el centro del átomo, allí se encontraría casi toda la masa del átomo, este diminuto y pesado centro de carga positiva más adelante se denominaría NÚCLEO atómico; . Al modelo atómico de RUTHERFORD se le conoce como "Sistema solar en miniatura".

En este modelo, Rutherford enuncia los siguientes postulados:

El átomo esta constituido por un núcleo central muy pequeño de diámetro 10000veces menor que el átomo, con casi la totalidad de la masa del átomo, el núcleo tiene carga positiva.
Alrededor del núcleo se encuentran los electrones girando circular y concéntricamente respecto del núcleo y no caen debido al equilibrio entre la fuerza centrífuga y la fuerza de atracción electrónica junto a la gravitatoria entre el núcleo y el electrón.
Todo átomo es eléctricamente neutro, debido al equilibrio entre el número de cargas eléctricas positivas (en el núcleo) y el número de cargas eléctricas negativas (electrones fuera del núcleo).

Rutherford para un mejor entendimiento de lo que planteaba empleo la paradoja siguiente: "El átomo es como el estadio de Fútbol del Manchester y el núcleo es como una pelota de tenis ubicada en su centro".

En 1908, E. RUTHERFORD fué galardonado con el Premio Nobel de Química por sus investigaciones en las desintegraciones de los elementos y la Química de las sustancias radiactivas.

TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS I

2011-10-27T21:06:00.009-05:00

El hombre es un ser de necesidades, cuyo interés es de conocer y explicar la naturaleza de los cuerpos que forman parte de su medio y para lograr su comprensión es necesario una alta elucubración mental cuyo principio básico es la observación, y esto se dio en la antigua Grecia, me es poco posible precisar el inicio de las Ciencias Químicas, pero se sabe que su origen fue en Egipto y obviamente Grecia, bajo las siguientes evidencias históricas y filosóficas:

Thales de mileto, en el año 600a.C. consideró al agua como elemento original de todas las sustancias.
Anaxímenes, 585a.C. consideró al aire como el germen de formación de todos los seres.
Heráclito, 535a.C. consideró al fuego como la sustancia esencia de formación de todo lo que nos rodea.
Jenófanes, 570a.C. consideró a la tierra como la sustancia de toda la materia.
Empédocles, 490a.C. consideró cuatro raíces: agua, tierra, aire y fuego.

Empero, la existencia de una partícula tan pequeña que por su tamaño no podría ser dividida fue la obsesión de un grupo muy reducido de antiguos filósofos Griegos cuya idea podían explicarlas, más no con un sustento científico, a estos filósofos se les conoció como los "Atomistas", de cuyos escritos originales se han perdido, a razón de que sus ideas no eran influyentes y por el cual fuerón perseguidos por los que creían en otras corrientes filosóficas, pero son estos oponentes los que dejarón escritos en los que sobresale un poema hecho por el epicurísta Romano Leucipo la cual se titula "De Rerum Natura" o "Sobre la Naturaleza de las Cosas", pero es de su "discípulo" el filósofo Griego Demócrito (discipulo además de los epicureos y de algunos magos persas) del cual se tiene demostrada su existencia entre los años 460a.C - 370a.C, contemporáneo de Sócrates, fue junto a "Leucipo" fundadores de esta escuela "Atomista". Demócrito, nacido en Abdera de Tracia, en Grecia, trató de explicar del porque diferentes cuerpos presentaban distintas densidades, tal era el caso de la roca y la madera los cuales colocados en el agua, era la roca la cual se iba al fondo más no la madera; despues de una serie de "observaciones y análisis" de distintas sustancias bajo él argumento de la Lógica concluyó: "Las sustancias menos densas tienen en su interior más huecos o espacios vacíos (VACUUM o Kennon)", es este pensamiento lo que determina para él, que la materia no es un todo continuo, es DISCONTINUA, es decir presentan partes, estas PARTES son indivisibles, inmutables, indestructibles, impenetrables, macizos, homogéneos, eternos y de constante movimiento por lo que decía: "Todo lo que nos rodea no es sino un efecto de las distintas posiciones, tamaños, formas y movimientos de los Átomos (PARTES)", la idea de ATOMO (del griego: A = sin; Tomo = partes) le pertenece a DEMÓCRITO (de la ciudad de abdera), así esta idea se puede plasmar en el hecho de que la subdivisión continua de la materia generara pequeñas partículas que no admitan división, a esta partículas se denominarán átomos, bajo este criterio Demócrito de Abdera postula la "división finita o discontinua de la materia"; Por el siglo XVII, Sir Isaac Newton aceptaba la idea de Demócrito, en los siguientes términos: "Me parece probable que Dios creara la materia en forma de partículas móviles, impenetrables, duras macizas y tan resistentes que nunca se gastarán o rompieran en pedazos", pero tuvierón que pasar más de 2 000 años para que otros estudiosos de la materia interna corroboraran en cierta forma las ideas de Demócrito.

Aristóteles, 384a.C - 322a.C, considerado un filósofo Oscilante, introdujo el concepto de la transmutación de los elementos, para lo cual considero cuatro principios abstractos: seco - húmedo, caliente - frío, y el éter (sustancia invariable que todo lo penetra y en todo lugar se encuentra), que al combinarse generarian elementos fundamentales: Tierra, Fuego, Aire y Agua.

TEORÍA ATÓMICA DE JOHN DALTON

La actual teoría atómica tiene como base una serie de sustentos científicos teóricos y experimentales realizados a razón de muchas observaciones y mediciones de los cuales algunos como Robert Boyle, A. L. Lavoisier (Ley de la conservación de la masa, año: 1785), J. B. Richter (Ley de las proporciones recíprocas, año: 1791), Proust (Ley de las proporciones definidas o constantes, año: 1799), merecen ser reconocidos por sus aportes que sirvierón para sentar la primera teoría científica de la estructura del átomo desarrollada entre 1803 y 1808 por el Físico y Químico Inglés John Dalton (1766 - 1844), del Manchester, el cual estableció una "hipótesis" sobre las sustancias y de que estas estan constituidas de pequeñas partículas indivisibles denominadas ÁTOMOS. Considerado "Padre de la Teoría Atómica", Dalton es autor de la primera teoría atómica con bases científicas, en 1803 sustentó su trabajo basado en la estructura de la materia, la cual fué publicada posteriormente en 1808 con el título de "New System of Chemical Phylosophy" en la cual plantea diferentes hipótesis para explicar numerosos hechos de una forma sencilla (tal es el caso que introduce símbolos arbitrarios para designar a los elementos) y bajo el rigor de la lógica fundamentada en los análisis cuantitativos experienciales desarrollados anteriormente por los científicos ya mencionados.

Los postulados (o conclusiones) más importantes de su teoría atómica son:

Toda la materia está constituida por átomos, estos son partículas elementales pequeñisímas de esferas sólidas compactas, indestructibles e indivisibles.
Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre si, en todas sus propiedades, fundamentalmente en tamaño (volumen) y peso (masa).
Los átomos de elementos diferentes tienen pesos y propiedades distintas.
Los átomos se combinan (reacción química) con otros átomos para formar átomos compuestos de compuestos químicos y lo hacen siempre en números enteros, en proporciones fijas y sencillas, estos no se crean ni se destruyen, solamente cambian de distribución, por tanto en una reacción química existe reordenamiento de átomos, que permanecen inalterados por más violenta que sea la reacción.
Los átomos de elementos distintos pueden combinarse en más de una relación.
Si dos elementos pueden formar únicamente un compuesto conocido éste tiene que estar constituido solamente por un átomo de cada elemento, por tanto los compuestos tienen átomos combinados de arreglos definidos, de forma que el número de átomos de un elemento en un compuesto es limitado o definido.

De lo observado podemos notar que Dalton nunca aceptaría la idea que existiera una molécula formada por átomos idénticos como: H₂, O₂, P₄, O₃, S₈, ..., razón por el cual se opuso a la ley experimental de L. J. Gay-Lussac (Ley de volúmenes de combinación para gases, año: 1802). Aún así la teoria de Dalton fue la base del desarrollo de la Química moderna, según Engels "La nueva era de la Química comienza con la teoría atómica".

OBSERVACIÓN: Actualmente la teoria de Daltón presenta serias falencias, así a inicios de nuestro siglo XXI, se sabe experimentalmente que el átomo esta constituido de partículas denominadas subatómicas, las cuales debido a su cantidad se dividen en dos familias principales, los Hadrones y los Leptones por otra parte F. Soddy definió a los isótopos como átomos de un mismo elemento con propiedades físicas distintas. Respecto de la inmutabilidad del átomo "aún en las reacciones más violentas" esto constituye una incoherencia, pues en las reacciones nucleares los átomos alteran su identidad.

A mediados del siglo XIX, en el campo de la Física se produjerón descubrimientos trascendentales que harían que los científicos de la época dudaran de la teoría de la indivisbilidad del átomo de Dalton, estos descubrimientos son: la electrólisis, los rayos catódicos, el efecto fotoeléctrico, los rayos canales, los rayos "X", la radioactividad y los progresos desarrollados en el campo de la espectroscopía principalmente.

DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN

Celda electrolítica
de Faraday

Entre 1830 y 1834, Michael FARADAY se dedica por completo al estudio sobre el fenómeno de la ELECTRÓLISIS, con el empleo de celdas electroquímicas determino que al paso de una carga eléctrica de 96487Coulumb (o un Faraday (1F) de carga) se deposita o libera un equivalente químico de sustancia, este hecho indicaba la existencia de una relación directa entre la electricidad y la materia, por lo tanto los átomos debían poseer una estructura de naturaleza eléctrica; Más tarde, entre 1884 y 1887, un joven Físico Sueco llamado Svante ARRHENIUS encaró el problema de la disolución de electrolitos (sustancias conductoras de la electricidad), concluyendo que cuando un electrolito se disuelve en agua son dispersadas por esta, en iones con carga positiva (+) y carga negativa ( - ), este aporte fué determinante para la comprensión de las leyes de Faraday, encontrándose que los iones en disolución poseen siempre "múltiplos de una cantidad fundamental", a la que en 1891 G. J. STONEY propone el nombre de "ELECTRÓN".

Tubo de Crookes

Por el año 1850 Sir William CROOKES inicio diferentes trabajos relacionados con la descarga eléctrica en gases a través de tubos de vacío, el cual culminó por 1879 descubriendo los RAYOS CATÓDICOS. El material del tubo de vacío de vidrio presenta dos placas metálicas opuestas a modo de electrodos (ánodo y cátodo) las cuales se pueden conectar a los polos de un generador, cuando el gas esta a 760,0mmHg de presión no se observa nada, aún con potenciales de 10kV entre el cátodo y ánodo, sin embargo al hacerle vacío, manteniendo el alto voltaje (10kV) y descendiendo la presión, el gas comienza a conducir la electricidad produciéndose emisión de LUZ, pero al descender la presión entre 0,01mmHg a 0,001mmHg la "luz desaparece", bajo estas circunstancias se observa una débil fluorescencia en la pared del tubo opuesto al cátodo, esta fluorescencia de acuerdo a la sugerencia de los científicos de la época es producida por una radiación invisible que salía del cátodo, por lo que a estas radiaciones le denominarón RAYOS CATÓDICOS; Su existencia fué demostrada en 1895 por el Físico - Químico Francés J. B. PERRIN. En Octubre de 1897, J. J. THOMSON indicaría que dichos rayos no eran más que los electrones de STONEY viajando del cátodo al ánodo a altas velocidades, al cual THOMSON los denominaría "CORPUSCULOS" y no electrones cuyo significado era aplicado en las Soluciones, pero para sus contemporáneos, estos rayos eran torrentes de moléculas ionizadas o fluctuaciones producidas en el ETER el cual era el medio inmaterial del espacio responsable de la propagación de la luz.

Por medio de diversas experiencias los Rayos Catódicos presentan las siguientes propiedades:

Salen del Cátodo: opuesto al cátodo, en el interior del tubo se coloca un objeto metálico, como una cruz de metal, al producirse la fluorescencia aparece la sombra del objeto.
Se propagan en línea recta.
Son corpúsculos materiales, esto se demuestra al colocar un molinete en el interior del tubo cerrando el circuito el molinete comenzara a moverse.
Poseen carga eléctrica, se demuestra al colocar un imán los cuales desvíaran los rayos, mientras que en un campo eléctrico los rayos son desviados hacía el polo positivo, este hecho demostraba su carga eléctrica negativa por tanto se trataba del ELECTRÓN.

Esquema básico del fenómeno
fotoeléctrico

En 1887, el Físico Alemán Heinrich B. HERTZ descubrió de forma accidental cuando investigaba las ondas electromagnéticas predichas por MAXWELL, un fenómeno el cual observo cuando sobre una lámina de metal incidia una radiación, éste metal emitia también radiaciones. J. J. THOMSON también observaría que cuando la luz de alta energía incide en la superficie de ciertos metales como el Cinc (Zn) esta superficie metálica emite también radiaciones semejantes a los rayos catódicos, es decir con carga eléctrica negativa, a los que denominó "fotoelectrones" y al fenómeno EFECTO FOTOELÉCTRICO. Estas observaciones concluyen que la lámina metálica está constituida por átomos siendo los fotoelectrones parten de estos, por lo que no habría duda al deducir que los átomos están constituidos por partículas subatómicas.

Esquema de Millikan

J.J. THOMSON estudió a los electrones cuantitativamente determinando que estos se desplazan con una velocidad de 2,8x10⁹cm/s y en 1897 determinó la relación entre la carga (q) del electrón y su masa (m) la cual resulto ser: 1,75x10⁸Coulumb/g (ó 5,304x10¹⁷u.e.c/g; donde: u.e.c es unidad electrostática de carga). En 1909 el Físico Norteamericano Robert Andrews MILLIKAN midió la carga del electrón estudiando la velocidad de caída de una gota de aceite (razón por el cual a su experimento se le denominó: "gota de aceite") y la aceleración (o desaceleración) que se producían cuando se aplican campos eléctricos, encontrándose como resultado de su trabajo que todas las gotas presentaban cargas cuyos valores eran múltiplos de una carga fundamental, era, la carga del electrón, cuyo valor fué de: 1,591x10^-19Coulumb (C) (ó 4,802x10^-10u.e.c), al reemplazar de la relación carga - masa del electrón de THOMSON se encuentra la masa del electrón la cual resultó: 9,05x10^-28g, sin embargo en la actualidad con el uso de la tecnología más sofisticada se ha establecido que la carga del electrón es 1,6022x10^-19C y su masa en gramos es 9,1095x10^-28g.

MODELO ATÓMICO DE JOSEPH JOHN THOMSON

(1 856 - 1 940)

Ante las evidencias experimentales desarrolladas, era evidente que los rayos catódicos se producían de modo independiente al metal empleado en el cátodo del tubo, por lo que el Físico Inglés J. J. THOMSON de Cavendish, postuló en 1904, que la materia contenía en su estructura interna CORPUSCULOS de carga NEGATIVA, que como se indicará, STONEY le denominaría ELECTRONES, ante esto THOMSON propuso un modelo de átomo bajo los siguientes términos: "Suponemos que el átomo está constituido por electrones de movimiento vibratorio en una esfera de electrificación positiva uniforme... los electrones se distribuirán por si mismos en series... el cambio gradual de las propiedades de los elementos que ocurre a medida que nos desplazamos por las filas horizontales en la tabla periódica de los elementos, también está ilustrado por las propiedades que poseen estos grupos de electrones".

Este modelo de átomo por la apariencia que nos muestra se ha denominado "Budín con pasas (o uvas en gelatina)", los electrones corresponden a las pasas, mientras que la esfera de electricidad positiva corresponde al budín en la cual las pasas están incrustadas. THOMSON intuía que su modelo era insuficiente, así la suposición de una esfera con electricidad positiva era muy simple, no muy definida, pero su existencia permitia neutralizar la carga negativa de los electrones, pues el átomo es eléctricamente neutro. Aún así éste modelo resultó ser útil pues se constituia en el primer intento para explicar la relación entre los electrones y la estructura atómica (es el primer modelo atómico), además de sugerir claramente la dependencia de la relación periódica de las propiedades de los elementos con los grupos de electrones presentes en el átomo. J. J. THOMSON en 1906 es galardonado con el premio Nobel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases.

SISTEMA QUÍMICO

2011-09-22T22:40:00.011-05:00

Un estudio publicado en "Environmental Health Perspectives", nos muestra una notable reducción de tóxicos con Bisfenol - A (BPA) y de algunos ftalatos, los cuales son sustancias ligadas a problemas esencialmente de la salud humana, por numerosas investigaciones, para ello es necesario eliminar durante tres días ciertas comidas enlatadas y con un mínimo contacto con plásticos que contienen este tóxico, se observará que los niveles de Bisfenol - A caen en un promedio de hasta un 75% al igual que se reducen los niveles de ftalatos.

En el estudio han participado científicos ligados al Silent Spring Institute y al Breast Cancer Fund, entidad que trabaja en prevenir el riesgo de cáncer de mama, aunque obviamente, el Bisfenol - A ha sido asociado a más riesgos aparte del cáncer de mama. Igualmente los ftalatos han sido asociados a un buen número de problemas, desde a mediados del siglo XX los trabajos se han desarrollado en USA; Mientras que en la Unión Europea esta prohibido definitivamente el uso del BPA, y, en Francia y Dinamarca se adopto la medida en el año 2010; y, en el Perú se piensa aplicar esta norma del no uso del BPA este 2011, pero existe ausencia de campañas que alerten de estos riesgos, a pesar de lo fácil que sería reducirlos. El Bisfenol - A está presente en una enorme variedad de productos de la vida moderna, desde biberones infantiles hasta en el recubrimiento interior de latas de comida, estructuralmente presenta la siguiente formula global: C₁₅H₁₆O₂, es un sólido irritante que funde a 157^oC. En el trabajo cotidiano, el científico esta ligado eneludiblemente a la toma de muestras; una muestra material de interés, es una porción de materia limitada a la que se le denomina sistema, si esta muestra se emplea dentro de un análisis químico se denomina "sistema químico". El trabajo desarrollado para determinar la toxicidad del BPA se determino mediante el empleo de muestras (sistemas químicos), siendo una de ellas las muestras de orina, en el cual se noto el aumento de los niveles en orina de Bisfenol - A, asociado a una disminución de la concentración espermática.

Empero, existe una gran diferencia entre Sistema y Cuerpo, y, esta diferencia radica en que un CUERPO es una porción limitada de materia que se toma, como una tiza, un borrador, un auto, una hoja de papel... observándose además dos clases distintas de cuerpos clasificadas de acuerdo a su composición, siendo estas cuerpos homogéneos, constituidos de una sola clase de sustancias como dos litros de agua, un aro de oro, un botón,... y cuerpos heterogéneos, constituido por diferentes clases de sustancias como el lapicero, la leche, una bicicleta,... Mientras que un SISTEMA (Sistema material) es una muestra o cuerpo aislado, agrupación de cuerpos, parte de un cuerpo o parte de un conjunto de cuerpos que se han considerado para ser materiales de estudio, tal es el caso de la orina que se empleo para determinar la presencia del BPA, así también son sistemas materiales, una cierta cantidad de alcohol medicinal que se registra para analizar su composición, punto de ebullición; un poco de azufre que se registra en un crisol para determinar sus propiedades físicas y posteriormente sus propiedades químicas. Un sistema material puede presentarse de tres maneras diferentes que dependen de la forma como se encuentran interiormente sus partículas, así podemos observar al sistema HOMOGÉNEO, que en todo los puntos de su masa posee las mismas propiedades, siendo continuas en toda su extensión tal como el aire seco filtrado, el agua destilada, una solución de salmuera,... por el contrario el sistema HETEROGÉNEO, presenta diferentes propiedades en cualquier punto que se analize respecto de toda su extensión, presentando superficies de separación, tal es el caso del agua de arroz, aceite con alcohol, la neblina,... el tercer tipo de sistema es el INHOMOGÉNEO, este sistema no presenta superficie de discontinuidad (es continuo), pero sus popiedades varían en forma gradual y contínua. Cuando se analiza este tipo de sistemas se encuentra que los puntos más próximos tienen propiedades semejantes, sin embargo, si se analiza porciones muy separadas una de otras, del mismo sistema, manifiestan propiedades diferentes, tal es son los casos de la atmósfera terrestre, o, cuando agregamos un colorante en agua y no la agitamos, en ambos casos se observa que las propiedades (intensivas) varian gradual y sistemáticamente.

En el trabajo de laboratorio los sistemas son reales, pero sobre el papel la mayoría de veces el sistema es meramente ideal, esto nos permite un planteamiento más simple para el análisis de las muestras. Lo que rodea a un sistema se denomina Ambiente, y el límite de separación (con el sistema) de ambos es la Pared la cual es una referencia, a la que se le atribuye distintas propiedades que dependen del modo en que se analiza, así, estas constituyen verdaderas restricciones al proceso científico, tal es el caso en que la pared (de referencia o imaginario) puede modificar su volumen o mantenerlo constante (Isócoro), también puede ser aislante del calor (Adiabático: si no existe intercambio de calor, por lo que no es atravezado por ningún flujo calorífico), entonces la pared que constituye los límites de un sistema es importante por que nos ayuda a determinar si existe paso de materia o energía desde el sistema hacía su entorno o alrededores o desde estos al sistema. Se consideran tres tipos de sistemas:

1. Sistema Abierto.- Es aquel en el cual la masa y la energía pueden entrar o salir libremente del sistema, produciendo una interacción de la muestra con otras sustancias (o agentes químicos) además de manifestar una correlación con factores externos al sistema material. Así cuando se hierve el agua en un recipiente sin tapa, se observa que a medida que hierve se escapa del recipiente agua en forma de vapor, por lo que la masa del sistema disminuye con el consiguiente intercambio de energía.

2. Sistema Cerrado.- Es aquel en la cual la masa del sistema permanece constante, mientras que la energía puede ingresar o salir del sistema, no existiendo interacción con otras sustancias (o agentes físicos) localizados fuera del sistema. Así en la cocción del ladrillo, dentro de un horno cerrado cuyas paredes no son aislantes, sino conductoras de calor le permite al sistema intercambiar energía, pero a su vez mantener constante la materia (masa).

3. Sistema Cerrado y Aislado.- Es aquel en la cual la masa y la energía permanecen constantes, se puede considerar como sistemas ideales. Así, cuando se abre una botella de champan, el desarrollo del cumulo - nimbo, agua hervida (94^oC) guardada en un termo por espacio de cinco minutos, son ejemplos de este sistema.

FASE (ψ).- Es aquella parte material homogénea de un sistema, la cual esta separada de otras partes materiales por medio de limites físicos o interfases. Si tenemos un recipiente abierto conteniendo agua hasta la mitad de su volumen con un cúbito de hielo flotando, el sistema presentará tres fases (trifásico, 3ψ), está comprenderá una parte sólida (hielo), otra parte líquida (agua) y otra parte gaseosa (mezcla de vapor del agua con el aire del entorno). La fase de un sistema considera todas las partes que tienen las mismas propiedades y por ende composición, así de este modo si existiese varios trozos de hielo, estos no constituirían fases distintas, sino una sola, la cual sería la fase sólida. De acuerdo al número de fases, los sistemas puedes ser: monofásicos (1ψ), difásicos (2ψ), trifásicos (3ψ),...

COMPONENTES DE UN SISTEMA (C).- Es aquel número mínimo de sustancias con las que se podría formar las fases de un sistema, así en un sistema formado por agua líquida, hielo y vapor de agua, existiría un componente, el agua, por lo que el sistema sería unitario (1C). De acuerdo al número de componentes un sistema puede ser: unitario (1C), binario (2C), ternario (3C),...

OBSERVACIÓN: En 1876, Gibbs estableció por primera vez, una relación constante entre el número de grados de libertad (L) de un sistema, número de componentes (C) y fases del mismo (F). Esta relación es conocida como "regla de fases", es un principio general, por lo que su validez es independiente de la composición atómica o molecular de las sustancias en consideración. Esta regla obedece a:

L = C - F + 2

Así, si el agua (1C) se encuentra en equilibrio entre dos medios físicos supuestos como el sólido y líquido (Sólido = Líquido) existiría dos fases (2F), entonces el grado de libertad (L) se calcularía así: L = C - F + 2
reemplazando: L = 1 - 2 + 2 = 1; esto implicaría que 1 (L = 1) es el menor número de variables independientes (P o T) que podrían combinarse arbitrariamente para que el estado del sistema quede definido.

CONSTITUYENTES DE UN SISTEMA (ζ).- Su conceptualización depende de dos ópticas diferentes, pues desde el punto de vista físico los constituyentes son las diversas fases que integran a un sistema, así si tenemos agua líquida, hielo, vapor de agua y aire, los componentes de dicho sistema son agua y los componentes del aire (N₂, O₂, CO₂, Ar,...), pero físicamente son tres constituyentes (sólido, líquido y gas); otro caso es la disolución de sal en agua, forma un sistema monofásico, pero se observa dos componentes, el agua y la sal. Desde el punto de vista químico, un constituyente (ζ) es aquella porción de un sistema vinculado a la estructura atómica de los componentes (esta claro, que optaremos por el punto de vista Químico); así, si tenemos una mezcla de gases: NH₃, O₂, CO₂, Cl₂, H₂S, el sistema es monofásico (1ψ), con 5 componentes, quinario (5C) y seis constituyentes (N, H, O, C, Cl, S), 6ζ.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2011-08-29T22:58:00.012-05:00

En la antigüedad, antes de la era cristiana, se creía que la materia se conformaba por cuatro elementos de la naturaleza (agua, aire, tierra y fuego) los cuales fuerón estipuladas por Aristóteles, y esta, fué la que perduró por unos 2000años, a pesar que en sus tiempos existia la idea de que la parte fundamental de la materia era un cuerpo indivisible denominado átomo (nombrado así por los filósofos griegos Leucipo y Demócrito de la corriente filosófica atomista), idea que por cierto se mantendría oculta debido a la influencia Aristotélica; hasta que a inicios del siglo XIX el profesor y cientifíco John Dalton, de origen inglés, sienta las bases científicas de la existencia del átomo. El átomo hoy en día es solo una parte de la estructura de la materia la cual presenta la siguiente división:

esta división obedece a la naturaleza corpuscular de la materia, la cual ha sido comprobado experimentalmente, en diversas ocasiones; así pues aunque la materia parezca ser continua, en realidad no lo es, pues esta constituida por partículas discretas siendo por lo tanto discontínua.

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
En nuestro alrededor podemos observar distintos objetos, como por ejemplo: el auto, una puerta, una manzana, un elefante, un ser humano, estos objetos estan constituidos por una o varias clases de materia, son las clases de materia la que interesa fundamentalmente a un químico, saber de que estan compuestos, que cualidades presenta siendo estas independientes de la naturaleza del objeto.

Los sistemas materiales o materiales, son referidos a cualquier tipo de materia presente los cuales pueden ser homogéneas (materia con componentes que en conjunto presentan las mismas propiedades, como el acero, el agua destilada, el cobre) y heterogéneas (materia con componentes que poseen propiedades distintas, como el granito, una piedra, la carpeta). El siguiente diagrama nos muestra una forma de clasificar a la materia de acuerdo a su composición:

De acuerdo a lo clasificado, es conveniente precisar su significado científico.

SUSTANCIA.- Es aquella materia homogénea, de composición química definida, su composición es invariable y es la que compone a los cuerpos, por lo que se pueden representar por medio de símbolos o fórmulas, además de poseer las mismas propiedades físicas y químicas como punto de ebullición, densidad, constante de solubilidad, estas le permiten ser reconocidos, así a la presión de 760mmHg el agua ebulle a 100^oC y se congela a 0^oC. Las sustancias se clasifican en:

- Sustancia simple: es la forma más simple de una sustancia, la cual esta constituida por un mismo tipo de átomos o moléculas homonucleares (monoatómicas (He; Ne; Fe; Pb) o poliatómicas (S₈; O₂; P₄)), por lo que no pueden descomponerse en otras más simples; se les ubica en la Tabla periódica, en la cual la unidad fundamental de la sustancia simple (elemento químico) es el átomo. Así tenemos al sodio (Na), cobre (Cu), oro (Au), oxígeno (O₂), neon (Ne), einstenio (Es), uranio (U), plomo (Pb), zinc (Zn)...

Existen sustancias elementales como el oxígeno (O₂) y el ozono (O₃) que se encuentran en el mismo estado físico pero con propiedades distintas, esta propiedad se denomina alotropia y tanto el oxígeno como el ozono son formas alotrópicas del oxígeno, así el ozono es quimicamente más activo que el oxígeno, convierte a la plata (Ag) y al mercurio (Hg) en óxidos a condiciones ambientales, el ozono también se emplea para la esterilización el agua.

ALOTROPIA (del griego allotropia, variedad; de allos, otra; tropos, dirección, manera): es la propiedad que presentan solo algunos elementos químicos, en la cual un elemento químico se encuentra en el mismo estado físico pero con diferentes estructuras químicas moleculares o cristalinas, razón por el cual sus propiedades son diferentes. Son ejemplos de alótropos los siguientes no metales: C, O, N, S, Se, Si, B, As y P; entre los metales: Sb, Ge, Ti, Fe, Co, Zr, Sn, U y otros 20 más.

grafito (izq.) y diamante (der.), los alotrópos del carbono

- Compuesto: constituido por 2 ó más sustancias simples diferentes o moléculas heteronucleares (CO₂; HNO₃; SO; H₃PO₄) unidos por ligamentos de Coulumb (eléctricos y magnéticos), su composición es fija y definida, por lo que se les representan por medio de fórmulas (carburo de hidrógeno de formula: CH₄), estos se pueden separar en sustancias simples por absorción o liberación de energía; por ejemplo:

H₂O por acción de la eléctricidad origina H₂ + O₂ (proceso químico: "electrolisis")

OBSERVACIÓN: las sustancias se pueden clasificar también de acuerdo a su origen en la cual pueden ser inorgánicas (origen mineral: agua, sal comun, cobre...), orgánicas (origen en los seres vivos: úrea, sucrosa, glucosa,...), naturales (la que encontramos en la naturaleza: oro, agua,...) y sintéticas (obtenidas en el laboratorio: vidrio, plástico,...); por su pureza, las sustancias se clasifican en: puras (en realidad sustancias puras no existen, pero si existe un grado de aproximación a la pureza, así si usted tiene 20g de carbono su constitución es de átomos distintos en cuanto a sus propiedades físicas, como son: C - 12, C - 13 y C - 14) e impuras.

MEZCLA.- Es la agrupación de dos o más sustancias, sin que ninguna de ellas pierda sus propiedades, por lo que se pueden separar por medios mecánicos o físicos (denominados de análisis inmediato) como la destilación, filtración, decantación,... Las sustancias que le componen entran en cualquier proporción, de modo tal que no existen cambios energéticos pues no se produce combinación. A las mezclas se les conoce también como "dispersiones" debido a que presentan dos tipos de medios, un medio dispersor y un medio disperso, así como en la salmuera, la sal (medio disperso) se dispersa en el agua (medio dispersor). Existen dos tipos de mezclas:

1. Mezcla heterogénea.- Las partículas pueden observarse a simple vista o con instrumentos ópticos simples, en la cual se hallan formando diferentes "fases", al tomarse muestras de esta mezcla sus propiedades serán distintas en cualquier porción que se le analize; estas mezclas son:

A. Dispersiones macroscópicas o groseras: las partículas se pueden observar a simple vista, esto se debe a que sus partículas tienen un diámetro superior o aproximado de unos 50micrómetros; tal es el caso del agua con arena, el granito, el agua de arroz,...

B. Dispersiones finas: las partículas son visibles al micróscopio, su diámetro se encuentra entre el intervalo de 50micrómetros y 0,1micrómetros (el cual equivale a 1000nanómetros); como ejemplo tenemos a la leche de vaca (crema y suero), agua más negro de humo,...

A estos dos tipos de dispersiones (A y B) se les denomina comunmente como suspensoides o "suspensiones" cuya caracteristica es la sedimentación.

C. Coloides: considerado el limite entre los sistemas heterogéneos y homogéneos, los coloides manifiestan dos propiedades innatas, el efecto tyndall (óptico) y el movimiento browniano (zig - zag) siendo este último determinante para que sus particulas no sedimenten. En los coloides el medio "disperso" es visible con el ultramicrosópio, el diámetro de sus partículas es mayor a 1nanómetro (1nm) pero menor o igual a 1000nm; son ejemplos de coloides: gelatina, ópalo, neblina, cabello rubio,...

2. Mezcla homogénea.- conocidos como "soluciones", sus componentes no se pueden observar, pues estos presentan un todo uniforme y homogéneo (razón para denominarlos "sistemas monofásicos"), al tomarse cualquier porción como muestra, estas presentan la misma composición y propiedades; el diámetro de sus partículas son menores o iguales a 1nm por lo que el sistema es ópticamente homogéneo; ejemplos de soluciones son la salmuera, el agua dulce (agua de rio), dextrosa, amalgama, acero,...

OBSERVACIÓN: Una mezcla es la unión de diferentes sustancias de composición variable, por lo que estas se pueden separar por medios físicos; mientras que la combinación trae consigo a la reacción química (fenómeno químico), en la combinación se produce la unión íntima de 2 ó más sustancias para formar otras sustancias con propiedades distintas a las originales, tal es el caso del trióxido de azufre, SO₃, el cual en la atmósfera toma el agua, H₂O, para formar el ácido sulfúrico, H₂SO₄, el cual al caer a la superficie terrestre produce un fenómeno denominado "lluvia ácida", este proceso es una "combinación". Técnicamente a las sustancias que intervienen en una combinación se les denomina componentes.

TÉCNICAS BÁSICAS DE LABORATORIO

2011-08-23T23:59:00.013-05:00

Química es una ciencia eminentemente experimental, por ello es necesario conocer una serie de técnicas o métodos que nos ayuden a poder realizar mejor nuestras investigaciones de modo tal que podamos demostrar una serie de hechos ocurridos en nuestro medio.

01. Pulverización y Tamizado.- En esta técnica se reduce de tamaño a los cuerpos que han de someterse a reacción química, disponiendo de esta forma mejor a los reactivos o a los solventes. Para realizar el pulverizado se emplean los morteros que de acuerdo al material a reducir, el mortero puede ser de porcelana (generalmente el más común), de vidrio, de fierro o de ágata. Luego de realizar el pulverizado frecuentemente se emplea el tamizado, el cual consiste en pasar las partículas sólidas de acuerdo a los huecos del tamiz (especie de malla); si encontramos que el tamizado presenta una pequeña porción de polvo al proceso se denomina trituración, sin embargo si en el proceso de tamizado todo se encuentra en polvo, el proceso se denominará molienda.

02. Precipitación.- Consiste en la separación de una sustancia de otra en forma de sólido insoluble (el cual dependiendo de sus densidad flotara o se hundirá) mediante un reactivo denominado precipitante, en la mayoría de casos esta técnica se emplea para el reconocimiento de sustancias. Así por ejemplo al reaccionar Zinc (sólido) con Sulfato cúprico acuoso (disuelto en agua, solución de color celeste oscuro) estos van ha reaccionar, observándose que la intensidad del color celeste oscuro va disminuyendo a celeste claro con la consiguiente aparición de partículas sólidas de color rojo (cobre), este proceso es un claro ejemplo de precipitación.

03. Filtración.- Se emplea para separar los componentes de una mezcla (materia constituida de varias sustancias) si uno de ellos es sólido y el otro líquido, para esta operación se emplean embudos en sus diferentes formas y tamaños, y, para el proceso de filtrado se usan papeles de filtro los cuales pueden ser cualitativos (si se queman dejan residuo) o cuantitativos (si se queman no dejan residuo); la separación ocurre por la presencia de paredes o capas porosas cuyos poros dejan pasar el líquido y retienen los sólidos.

04. Decantación.- Se emplea para separar sólidos de líquidos, y líquidos no miscibles. Su empleo se fundamenta en una mejor filtración, para ello es conveniente dejar que el sólido se deposite en el fondo del recipiente dejándolo un cierto periodo de tiempo en reposo (sedimentación o sedimentar: materia suspendida o depositada en el fondo de un líquido) una vez sedimentado o separado se trasvasa el líquido sobrenadante a otro recipiente.

05. Disolución.- Esta técnica consiste en la incorporación de un sólido, un líquido o un gas, en un líquido denominado disolvente (es único), al líquido homogéneo resultante se le da el nombre con el que se designa a la disolución; el soluto (uno o varios componentes) es el cuerpo que en general entra en menor proporción. Para líquidos miscibles (que se mezclan) como el alcohol y agua, el agua es el disolvente del cual depende el estado físico de la disolución siendo el alcohol el soluto del cual depende las propiedades químicas.

06. Levigación.- Consiste en la separación de minerales (material constituido por metales) de las rocas y tierras de escaso valor industrial (gangas), para ello se pulveriza el mineral en bruto (mineral + gangas) para luego colocar la mezcla en un recipiente a la cual se le aplica una corriente de agua; el mineral por su mayor peso (mayor masa específica) queda en el fondo del recipiente y la ganga que flota es arrastrada por el agua. Cuando un minero encuentra un mineral en bruto de oro, luego de pulverizarlo a esta mezcla la coloca en un recipiente en forma de plato al cual le agrega agua acto seguido comenzará a moverlo hasta que el agua se enturbie, esto será desalojado y le añadirá otra vez agua, el proceso continuará y se detendra hasta que se observe unas pequeñas "pepitas doradas", esto es un tipo de levigación a la que se le denomina "bateado".

07. Centrifugación.- En algunos casos la sedimentación es demasiado lenta, para acelerar dicha operación se somete a la centrifugación, esta se basa en la fuerza centrífuga que apunta hacía afuera de la trayectoria de un cuerpo en movimiento circular, así una mezcla se coloca en un recipiente que se hace girar a gran velocidad, que por acción de la fuerza centrífuga los componentes más pesados se sedimentan rápidamente y los livianos quedan como sobrenadante, inmediatamente se procedera a la decantación.

08. Destilación.- Es un proceso físico el cual consiste en la vaporización de un líquido y la condensación del vapor obtenido, transformándolo nuevamente en líquido; este proceso es uno de los métodos más importantes para la separación y purificación de líquidos. Existen diversos tipos de destilación, siendo los más empleados la destilación: simple, fraccionada, a presión reducida y por arrastre de vapor.

08.1. Destilación simple: se emplea para separar sólidos disueltos en líquidos, como cuando separamos la sal común (NaCl) y agua (disolución conocida como "salmuera"), para ello calentamos la mezcla homogénea, el agua se evapora y luego se condensa quedando en el recipiente NaCl sólido.

08.2. Destilación fraccionada: se emplea para separar líquidos miscibles en base a la diferencia en sus puntos de ebullición o condensación, para ello es necesario que la composición del vapor y del líquido del cual se forma, sean distintos; pues si es la misma como en el caso de las "mezclas azeotrópicas" es imposible separar los componentes por detilación.

08.3. Destilación a presión reducida: para separar o purificar compuestos que tengan punto de ebullición superiores a 200^oC o que se descompongan a temperaturas próximas a su punto de ebullición o aún antes es necesario tomar en cuenta que el punto de ebulición depende de la presión circundante, por lo tanto se le puede disminuir, reduciendo la presión a la cual se efectúa la destilación, para ello es necesario conocer los puntos de ebullición de un líquido a diferentes presiones.

08.4. Destilación por arrastre de vapor: se emplea para aislar sustancias orgánicas, puede emplearse con líquidos completamente inmiscibles con el agua o miscibles en cantidades pequeñas con ellas, así si uno de los líquidos es el agua (destilación por arrastre con vapor de agua) y se labora a la presión de 1,0Atm, se podría separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua, esto es muy importante cuando un compuesto se descompone a temperaturas de ebullición del agua o cerca de ella, este método es útil para separar aceites esenciales de numerosos vegetales, o, separar sustancias volátiles de otros compuestos indeseables como sales orgánicas, resinas...

09. Cromatografía.- Consiste en la separación de los componentes de una mezcla por distribución de ellos entre dos fases, una de las cuales es estacionaria (una superficie) y la otra móvil. El principio en la que reposa la cromatografía es el hecho de que sustancias distintas tienen coeficientes de partición diferentes entre las fases estacionaria y móvil. Si en un tubo de vidrio se coloca una sustancia adsorbente (atrae y retiene en su superficie moléculas o iones de otro cuerpo) como el carbón vegetal esta constituye la fase estacionaria, si a esto añadimos por la parte superior una mezcla de sustancias que deseamos separar y agregamos un solvente (líquido) adecuado (esto último sera la fase móvil) para disolver la sustancia en cuestión, estas al ser arrastradas a lo largo de la columna uno de los componentes quedará absorbido y el otro saldrá disuelto con el líquido, para luego por evaporación del solvente se obtendrá uno de los componentes de la mezcla con elevado grado de pureza.

Existen diversas clase de cromatografía, establecidos en base al estado físico de las fases. Así si empleamos un gas como fase móvil, se emplea el término de cromatografía gaseosa o en fase de vapor; si la fase móvil es líquida se denomina cromatografía líquida siendo en esta última la separación de los componentes de la mezcla el resultado de interacciones especifícas de las moléculas de la muestra tanto de la fase estacionaria como la fase móvil.. Existen cuatro tipos básicos de cromatografía líquida las cuales son: cromatografía de partición (líquido - líquido), cromatografía de adsorción, cromatografía de exclusión y la cromatografía de intercambio iónico, estas son empleadas para casuísticas de análisis.

10. Cristalización.- Es la formación de cristales de una sustancia disuelta o fundida, las moléculas de las sustancias se van juntando para originar cristales microscópicos formados por moléculas iguales que se ensamblan casi perfectamente una con otras dentro de una red cristalina, en consecuencia la cristalización induce a un aumento de la pureza de las sustancias constituyéndose en uno de los mejores métodos de purificación de sólidos.

11. Espectrofotometría.- Es la medición de la absorción o emisión de luz por parte de los compuestos químicos, está técnica analítica es la más valiosa con la que cuenta un químico pues con esta se puede identificar compuestos deconocidos a través de sus espectros de absorción característico por lo que también se puede determinar la concentración de una solución de un compuesto conocido midiendo su absorción de luz de una o más longitudes de onda.

En este tema se han descrito brevemente las técnicas más elementales que ocurren en un Laboratorio, y del porque cada una de ellas guarda un especial interés para el químico en cuanto a su aplicación y análisis.

RECONOCIMIENTO DE MATERIALES DE LABORATORIO

2011-07-28T20:33:00.026-05:00

En el desarrollo de las Ciencias Químicas, más aún en el Laboratorio es necesario identificar a los materiales que en esta se emplean, pues esta Ciencia es eminentemente experimental, por lo que se necesita tener una cierta idea del uso de los materiales que se utilizan, pues estos están construidos de materiales diversos, que en la mayoría son muy frágiles como el vidrio, porcelana. En esta parte le indicare, los materiales que más se emplean en un laboratorio de Química, considerando que estos materiales se pueden ordenar así:

1. Materiales Metálicos.- Los metales más usados para la producción de estos materiales son el hierro, cobre, níquel, platino, plata y plomo. Así materiales de hierro tenemos a: soportes, pinzas, anillos, trípode, triángulos, rejillas, sacacorcho, nueces, alargadera de pinzas, lima,... Los materiales de cobre, como recipientes para agua y conductores; Materiales de níquel como los crisoles, cápsulas y pinzas tijera; Materiales de platino como los alambres, espátulas, pinzas, triángulos para crisoles, navecilla para combustión; dentro de los materiales metálicos, se incluye al mechero como el de Bunsen.

2. Materiales de Madera.- Al emplearse, esta debe estar seca, es combustible y aislante térmico y eléctrico, estos materiales pueden ser: pinzas, soportes, gradillas, portaembudos,...

3. Materiales de Porcelana.- Estos se obtienen del caolin por tratamiento adecuado, se caracteriza por resistir al cambio brusco de temperatura, tenemos: morteros, crisoles, platos desecadores, píe de soporte, embudos, espátulas y navecillas de combustión.

4. Materiales de Vidrio.- Entre las principales clases de vidrio se tienen al: Pyrex, Belgor, Kimax y Jena; estos presentas diferentes composiciones, por lo que al tener distintas calidades, tienen diversos usos. Entre los principales materiales de vidrio tenemos: vaso de precipitación, tubo de ensayo, fiola, matraz, embudos simples, balones, termómetros, codo de destilación, bureta, pipeta, probeta,...

Existen otros tipos de materiales, además de los nombrados, como por ejemplo el caucho, corcho, frascos de plástico, bombilla de succión,... Veamos algunos de los materiales nombrados.

Descripción de algunos materiales de uso común en el Laboratorio

A. Tubo de ensayos o de pruebas: son tubos de un diámetro variado, con aberturas en un extremo, de fondo generalmente redondeados, se emplea para análisis de tipo cualitativo, en el se realizan pruebas en pequeñas cantidades, al emplearlo se recomienda inclinarlo 60grados aproximadamente, donde el extremo abierto del tubo debe dirigirse a un lugar sin personas, existen graduados, no graduados, con tapones, generalmente es material de pirex.

B. Pinzas: objetos metálicos o de madera, se emplean para sostener recipientes al someterlo a fuego, evitando de esta manera que el operador se queme las manos, existen para tubos de prueba, vaso precipitado, pinzas múltiples para crisoles,...

C. Gradillas: objetos de naturaleza plástica, metálica y de madera, se emplean para guardar tubos de pruebas exclusivamente, sus variedades estan ligadas a la anchura del tubo de prueba.

D. Soporte Universal: construido de una varilla metálica, enroscada a una base de hierro rectángular o triángular, sostiene en posiciones fijas los distintos materiales de laboratorio, su forma varia de acuerdo a su base.

E. Matraz Aforado o Fiola: es un tipo de balón de fondo plano y de capacidad determinada, presenta en el cuello una marca circular muy fina denominada "aforo" que indica hasta que punto debe llenarse, para contener el volumen indicado presentan un menisco el cual se encuentra sobre el aforo, se emplea para transportar una solución tratada a otro recipiente, además de indicarnos el volumen exacto sujeto a los cambios de temperatura, en la cual generalmente se calibra a 20 grados Celsius, existen en variadas formas.

F. Balones: el instrumento comun es el balón de fondo plano, se emplea para calentar sustancias, prepararlas y como depósitos de estas, no presenta graduación y existen en diversas formas.

G. Matraz de Erlenmeyer: recipiente cónico de pico angosto y de base ancha, algunos presentan graduaciones y otras no. Se emplean para titulaciones, puesto que los líquidos contenidos en ellas pueden ser agitados fácilmente sin temor a que se derramen, sirve además para la obtención de gases, adopta tubos de desprendimiento, tapones, calienta soluciones, apto para cualquier temperatura, dependiendo del material.

H. Vaso de Precipitado: vasos simples de forma cilíndrica y base plana, de forma circular, presenta un pequeño pico, se emplean para la medición de volúmenes con cierta aproximación, se le conoce con el nombre de "Beafer", su pico permite que pueda vacearse con facilidad, aunque otros también carecen de picos, presentan diferentes volúmenes con un porcentaje de error de -5% a +5%; también puede usarse para calentar sustancias, soluciones no valoradas o cualitativas, es material de recolección de sustancias destiladas, procesos de titulaciones químicas.

I. Embudos: existen de vidrio, porcelana y plástico, de diferentes tamaños, están provistos de un vástago de tamaño variable que termina en un bisel de forma cónica y lisa, se emplea para el filtrado de líquidos en las cuales se incluye al papel filtro, además de permitir llenar más fácilmente los recipientes de cuello estrecho.

J. Embudo de separación: pueden ser cilíndricos, piriformes, poseen un tapón de vidrio en la parte superior y una llave de bureta de vidrio esmerilados o de plástico, se emplea para separar una mezcla de líquidos no miscibles, de diferentes densidades, además de servir para la decantación y obtención de gases.

K. Probeta: parecido al tubo de ensayo, en el extremo abierto presenta un pico que facilita el vaciamiento de líquidos, presenta una base circular hexagonal, la cual le permite mantenerse de pie; su sistema de calibración es de abajo hacía arriba en toda su longitud, por ello se recomienda tener cuidado en la medición de volúmenes, pues a pesar de ser graduados su precisión es relativa, su empleo se limita a la medición de líquidos cuya precisión de medida crece cuando existe mayor fraccionamiento.

L. Pipeta: existen volumétricas y graduadas, las volumétricas son de vidrio, presentan un anchamiento en la parte media y en ella indica el volumen determinado que puede ser de 5mL a más; mientras las graduadas son tubos cilíndricos de vidrio; las pipetas se emplean para medir con exactitud pequeños volúmenes de líquidos, se aplican en la decantación a pequeña escala.

M. Bureta: es fundamentalmente una pipeta, con la diferencia que presenta una llave cerca a la punta para el mejor vaciamiento, se emplea en análisis volúmetrico, se utiliza sujetandolo en posición vertical, a un soporte mediante pinzas especiales, su uso se limita a la valoración o titulación de soluciones, dependiendo entonces de su calibración

N. Frascos goteros: son de vidrio claro, o, ámbar, de fondo plano y cuerpo cilíndrico, generalmente tienen una capacidad de 50mL - 100mL y presentan tapones ranurados, que permite que su contenido salga gota a gota cuando se inclinan, se pueden utilizar para colorantes o indicadores, guarda reactivos químicos.

O. Pisceta: denominados también como frasco lavador, presenta una tapa que se encuentra atravezada por un tubo dotado en forma de "U", y que en el interior llega al fondo, los hay de vidrio y plástico, se emplea generalmente como depósito de agua destilada u otros líquidos de lavados como agua amoniacal y que en estos casos llevará su rótulo correspondiente.

Hasta aquí hemos descrito los materiales empleados comunmente en un Laboratorio de Química, en nuestro caso su importancia también radica en el caso que se nos pida analizar un determinado ejercicio con el empleo de estos materiales.

FENÓMENOS Y CAMBIOS DEL ESTADO FÍSICO

2011-07-27T22:28:00.014-05:00

Cierto día Bombom, ya no era el mismo, había crecido, no era más el cachorro al cual criaba, esto ocurrió porque en su interior se había producido una serie de procesos biológicos y químicos complejos, con el tiempo de por medio, me alegraba verle descansar luego de una mañana ajetreada por jugar, su desplazamiento para mi implicaba un hecho físico, hasta que un día lo observe languidecer, murió. La vida es un estado de actividad de todo ser viviente y como tal es cambiante, pero esos cambios se manifiestan con la interacción nuestra y el medio en el cual nos encontramos. A estos cambios o hechos, los químicos le denominan Fenómenos pues son los cambios que ocurren en las propiedades o en las relaciones de los cuerpos, estos se manifiestan en variadas formas; Así podría conceptuarse a los más importantes:

1. Fenómeno Metereológico.- Es el hecho que ocurre en la atmósfera o en la superficie terrestre, se caracteriza por la precipitación, suspensión de partículas sólidas, líquidas y mezclas, a su vez puede implicar una manifestación de naturaleza eléctrica y óptica. Como ejemplo tenemos a la niebla, la llovizna, granizo, escarcha, ventisca, humo, tolvanera (remolino de polvo o arena), arco iris, espejismo, trueno, eco,...

2. Fenómeno Físico.- Es aquel en la cual la materia no cambia en sus propiedades íntimas, pues se manifiesta externamente a las moléculas, mostrando un estado transitorio, por ende inestable y reversible. Como ejemplos tenemos a la ebullición del agua, dilatación de un metal, caída de un cuerpo, la disolución de la sal en el agua formando una solución acuosa, el calentamiento del bronce al rojo vivo,...

Destilación del Petróleo

Los cambios físicos de los estados de la materia

Los estados clásicos de la materia pueden intercambiarse por desprendimiento o suministro de energía (calor) lo cual implica que la energía interna (U) disminuya o aumente respectivamente. Así, si para una misma sustancia (obviamente es una sustancia pura), esta pasa de sólido a líquido y luego a gas, se dice que esta sujeta a un proceso de absorción de calor por lo que se denomina "Proceso Endotérmico"; caso contrario, de gas a líquido y este a sólido, se logra liberando su energía interna (U), por lo que se denomina "Proceso exotérmico".

En estos procesos esta involucrado una forma de energía originada por el movimiento molecular de los cuerpos a los que se le denomina CALOR (Q), el cual puede ser del tipo:

Calor sensible (Qs): es la cantidad de calor que se le da o extrae a un cuerpo material, con el objetivo de alterar sus propiedades, sin modificar su estado físico.

Calor latente (Ql): es la cantidad de calor absorbido (valor positivo) o liberado (valor negativo) en el cambio del estado físico de la unidad de masa, m ("g" o "mol").

Ambos calores se relacionan así: Qs = Ql x m

G. Gasificación: proceso termoquímico que transforma un líquido en gas. En petroquímica, es una forma de definir al proceso que ocurre en una superficie carbonosa que por acción de una serie de procesos químicos con presencia de agentes gasificantes como el aire, vapor de agua, esta se transforma en gas combustible, como lo realizado en la biomasa, carbon, y otros. Antes de continuar es necesario conceptuar brevemente lo siguiente:

GAS (G): es aquel tipo de materia que no se encuentra en equilibrio con su fase condensada (líquido o sólido) a temperatura ambiente. Entonces cuando un líquido pasa a la fase gas, es propio que se denomine gasificación, y, cuando un gas pasa al estado líquido debe denominarse Licuación (L), aunque el "proceso físico" que se manifiesta por aumentar la presión y disminuir la temperatura gradualmente en el sistema se denomina Licuefacción.

VAPOR (V): es todo tipo de materia cuyo estado natural no es gaseoso, pero al aumentar su temperatura la energía cinética de sus moléculas logra que pase al estado gaseoso, por lo que un vapor es aquel que se encuentra en equilibrio dinámico con su fase condensada. Entonces cuando un líquido pasa a la fase vapor debe denominarse vaporización, pero además es necesario hasta aqui considerar lo siguiente:

Vaporización (Tv): se manifiesta cuando toda la masa del líquido se transforma por completo en vapor, en este hecho las partículas se desplazan independientemente a altas velocidades.

Evaporización (Te): se manifiesta cuando cierta masa del líquido se transforma en vapor y esta se da en la superficie del líquido con variación de la presión y la temperatura. La rápidez con que ocurre la evaporización depende de: naturaleza del líquido, superficie expuesta y la presión.

Ebullición (Tb): es el proceso de vaporización que se da a temperatura constante en toda la masa del líquido con la consiguiente formación de burbujas. Así la "Tb" a 1,0Atmósfera de presión de sustancias puras como el: agua es 100^oC; bencina es 80,2^oC.

OBSERVACIÓN: Existen ciertos líquidos impuros que ebullen a temperatura constante como son el agua alcohólica (agua al 4,4% y el etanol al 96,4%) que ebulle a una "Tb" constante igual a 78,15^oC,o como, el ácido clorhídrico (20,24% de HCl y el resto de agua) cuya "Tb" constante es de 110^oC; A estas mezclas impuras cuya "Tb" es constante se les denomina "Mezclas Azeotrópicas".

VOLATILIZACIÓN: se presenta en sustancias de bajo punto de ebullición, es un tipo de vaporización violenta que puede darse en sólidos volátiles como el hielo seco, la naftalina, o, en líquidos volátiles como el ron, acetona, eter, gasolina,...

Volatilización del Iodo (I)

CONDENSACIÓN: Es el paso del estado de vapor al estado líquido, los vapores como el agua, por enfriamiento o compresión condensan, formando agua líquida. En el caso de los gases, como el dióxido de carbono, CO₂, para pasar al estado líquido, primero deben ser enfriados hasta cierta temperatura, para luego ser comprimidos.

SUBLIMACIÓN: es el pasaje del estado sólido al estado gaseoso directamente, sin pasar por el estado líquido, este fenómeno se denomina sublimación directa (o sublimación) o progresiva; si el paso es contrario, es decir de gas a sólido, se denomina sublimación inversa (o deposición) o indirecta o regresiva.

S. Solidificación: es el paso de un líquido a sólido por disminución de la temperatura, este caso no involucra a la cristalización pues esta consiste en la formación de cristales a partir de un cuerpo gaseoso o un cuerpo líquido, en sólido al disminuir la cantidad de calor.

3. Fenómeno Químico.- Es aquella que se manifiesta en la materia al cambiar sus propiedades íntimas, esto se da a nivel atómico y molecular, por consiguiente existe ruptura y formación de nuevas sustancias, por ende se altera la composición de la sustancia, al ocurrir este hecho, las sustancias formadas se caracterizarán por ser estables e irreversibles. Un fenómeno químico es una "reacción química". como ejemplo se puede citar a: la combustión del gas propano, la oxidación de una ventana metálica, la neutralización de un ácido por una base, la fermentación,...

4. Fenómeno Nuclear.- Es aquel tipo de proceso nuclear en la cual el átomo cambia de identidad generando una energía descomunal, esta se manifiesta a nivel del núcleo atómico.

Fenómeno Nuclear. Como lo sucedido en Chernóbil

Un fenómeno es un hecho ocurrido en el medio en el cual nos encontramos de un modo directo o indirecto, por tanto su existencia es independiente de nuestros sentidos.

ESTADOS DE LA MATERIA

2011-07-26T21:26:00.010-05:00

Todo lo que se nos manifiesta a nuestro alrededor y que podemos percibir de un modo u otro, es evidencia de una realidad objetiva que tiene un origen, como el objeto que le acompaña, el mueble, el monitor, un libro, un celular, agua mineral. Nuestra naturaleza también nos muestra una serie de hechos que acompañan en la formación de un producto, por ejemplo la manzana, la aceituna, el coco,..., es en este medio que podemos observar cuerpos rígidos como las rocas, madera; cuerpos líquidos como el agua del rio, aceite; cuerpos gaseosos como el aire que nos rodea; estos cuerpos experimentan diariamente una serie de modificaciones debido al movimiento interno que caracteriza a toda materia, y, del medio del cual forma parte, así la aceituna madura no podrá regresar a ser verde (inmadura), el agua del río modificará la forma de las rocas, al aumentar la temperatura, probablemente una pequeña parte del agua del río se transformará en vapor, las termitas emplearán una parte de la madera transformándolas en metano.

En nuestro Universo, la materia en virtud a su movimiento interno, se encuentra en diferentes estados físicos conocidos como Estados de Agregación de la materia, debido a las fuerzas de Unión (Enlace) entre sus partículas. Así existen los estados sólido, líquido y gaseoso a los que se les denomina Estados clásicos de la materia, empero, existen otros más como los estados plásmatico, condensado Bose - Einstein y otros; Dichos estados observables en los cuerpos son circunstancias que dependen principalmente de dos variables, la Temperatura (T) y la Presión (P).

Las fuerzas que son parte de dichos estados son las fuerzas atractivas (Fa) y las fuerzas repulsivas (Fr), ¿Pero, como es que estas interaccionan en el interior de los cuerpos?

Veamos las "Fa" actuán en la unión de las partículas, pero las partículas pueden ser iguales o distintas, cuando las partículas son iguales y existe atracción la fuerza atractiva se denomina fuerza de cohesión, Fc, y es la que esta presente en sustancias puras, obviamente con predominio de estas "Fa"; sin embargo, si existe atracción entra partículas distintas, las fuerzas atractivas reciben el nombre de fuerzas de adhesión, Fd, y es la que esta presente en las mezclas. Ahora, bien las "Fr" son las que se manifiestan contrariamente a las fuerzas atractivas, es decir son las que actuán en la "separación" de las partículas.

Conceptualizemos, en forma general a estos Estados de Agregación de la materia, los cuales son:

1. Estado Sólido.- Las partículas elementales que forma parte de los cuerpos sólidos se distinguen porque la fuerza de repulsión es prácticamente nula, existiendo un predominio absoluto de las fuerzas atractivas, la cual permite a dichas partículas (unidades elementales) permanecer bajo una fuerte atracción, completo orden en la mayoría de casos, con movimiento vibratorio el cual genera una energía conocida como Fonón. estas cualidades hacen que los cuerpos sólidos tengan forma y volumen definido con una elevada densidad, además de una incompresibilidad, resistencia a la fragmentación.

Dispuesto en la parte superior tenemos a unos cristales sólidos de diamante, sujetos con una pinza metálica, nos exhiben una estructura rígida.

2. Estado Líquido.- Las partículas en los líquidos se caracterizan debido a la semejanza de fuerzas de cohesión y de repulsión, esto le permite a las partículas desplazarse a través de los espacios libres, con un ligero desorden, permitiendo que la materia en este estado tenga un volumen fijo, más no así en su forma la cual depende del recipiente que le contiene. Sus partículas presentan en su deplazamiento rotación y traslación limitada, en la cual su energía cinética molecular depende de la temperatura del sistema de referencia, sin embargo su resistencia a fluir determina a la viscocidad la cual es inversa a la temperatura; Así si comparamos al agua y al aceite, el agua fluye mejor que el aceite el cual es más viscoso. Así en la Probeta (a la izquierda) tenemos bromo líquido diluido, en la fiola, aceite, en el vaso precipitado el vitriolo azul y en el matraz un colorante que se emplea para preparar jabones de Glicerina, todos ellos líquidos.

3. Estado Gaseoso.- Las partículas elementales en los gases se caracterizan por poseer una gran fuerza de repulsión, debido a esto es que sus partículas se desplazan a altas velocidades, en completo desorden; En este estado, la materia no tiene forma, ni volumen fijo o propio, ambas cualidades depende del recipiente que le contiene, por lo que se pueden comprimir o expandir, las partículas presentan movimiento de rotación y traslación ilimitados, se genera energía cinética elevada y a la vez dependiente de la Temperatura. Aquí un ejemplo de vapor, un tipo de estado gaseoso.

La diferencia entre un gas y vapor se observa en su movimiento, el gas es más caótico que el vapor, además de que un vapor se puede transformar en líquido fácilmente, mientras que un gas no, lo cual no implica que este no pueda ser líquido.

Estos 3 estados clásicos de la materia se tratarán más adelante, en forma meticulosa.

4. Estado Plásmatico.- Es un estado físico de la materia, se trata de una mezcla de gases ionizados, en los cuales los átomos que le constituyen se han separado de alguno de sus electrones más externos, de esta manera el plasma esta compuesto de cationes (átomos con carga positiva) y aniones (átomos con carga negativa) los cuales se encuentran separados entre si debido al elevado movimiento generado por su extrema energia cinética, al ser libres son excelentes conductores, que están influenciados por campos magnéticos, al estar intimamente mezclados, el plasma es electricamente neutro, Más del 90% de toda la materia en el universo se encuentra en estado plasmático, así estan las constelaciones, las estrellas, como nuestro Sol, la energía nuclear, la lámpara fluorescente, las luces de neón, las chispas eléctricas.

5. Condensado Bose - Einstein.- Es un estado de agregación de la materia que se presenta a temperaturas bajas en ciertos materiales, fué descubierto el 5 de julio de 1995 por los físicos Cornell, Wolfgan y Wieman, aunque fué predicha en 1926 por Einstein y Bose. Razón por el cual se le denomina: BEC, condensado Bose - Einstein. En este estado registrado a temperaturas extremadamente bajas los átomos iguales y/o diferentes, prácticamente quedan inmóviles, alcanzando a la vez el mismo nivel de energía, a lo que se denomina estado fundamental. La superfluidez, la superconductividad son ejemplos del estado condensado, así un material superconductor se caracteriza por la ausencia de cualquier resistencia eléctrica hacía los electrones.

Existen otros estados más como el condensado de Fermi, similar al condensado Bose - Einstein, el estado supersólido y otros donde existen a condiciones completamente extremas.

OBSERVACIÓN: Existe una consideración científica sobre un estado al cual denominan ESTADO de INTERFASE, el cual "se afirma" que es un estado de la materia presente con un conglomerado de átomos y moléculas que se forman exactamente en el límite de los estados físicos tradicionales.

RELACIÓN MATERIA Y ENERGÍA

2011-06-27T21:41:00.014-05:00

El Time London de Inglaterra, el 17 de noviembre de 1919 amaneció con unos titulares llamativos, "Revolución en la ciencia; nueva teoría del universo. Se derrumban las ideas de Newton", esta atrevida concepción del mundo movía los viejos conocimientos del espacio y tiempo absolutos. ¿Qué es lo que había sucedido?, pues se había realizado una simple medición astronómica, los científicos habían conseguido observar que la luz de las estrellas antes de llegar a nuestro planeta Tierra, describen una curva alrededor del Sol, es decir que estos rayos lumínicos son desviados hacía el, la cuantía de esta curvatura coincidía con la teoría de la relatividad de Einstein y no con la teoría de la gravitación universal de Newton. Albert Einstein (nacido el 14 de marzo de 1879, en Ulm, Alemania) puso énfasis sobre la masa que conlleva la energía, y de acuerdo a esto, la luz es atraída por la materia, a causa de la gravitación.

En el universo existe masa o energía, siendo esta última la más abundante.

Por relatividad se entiende a la apariencia que presenta la naturaleza respecto a dos observadores situados en distintas posiciones que pueden estar o no en movimiento respecto uno del otro, así por ejemplo veamos el siguiente gráfico, ¿y usted con que posición esta de acuerdo (con A o B)?

Hasta antes del relativismo, existían leyes separadas como la manifestada para la conservación de la energía tan válida como la conservación de la materia, en la cual la masa de los cuerpos se ven alteradas al participar en un proceso químico, sin embargo, la masa del cuerpo transformado debe permanecer inalterable.

La teoría de la relatividad formulada en 1905, por Einstein fué el causante de cambiar muchos de los conceptos, ideas y conjeturas que hasta entonces eran absolutas. Así según la mecánica relativista existe contracción en la longitud originada por el movimiento, así también como la dilatación del tiempo, el cual puede calcularse así:

Siendo: T´ el tiempo en movimiento; "T" el tiempo en reposo (T`movimiento menor T reposo); esto significa que en el caso de relojes por ejemplo, los relojes en movimiento acelerado, respecto de otro, marchan más despacio que los estacionarios o en reposo. La referencia al tiempo transcurrido entre dos eventos implica un intervalo, entre el movimiento y reposo, así como por ejemplo el tiempo que le toma al electrón en desplazarse alrededor del núcleo atómico.

"V" la velocidad del cuerpo y "C" la velocidad de la luz

Ejemplo: En el año 2 042, dos hermanos mellizos a la edad de 18años se separarón. Uno de ellos, J, salió en una nave espacial hacía una estrella, con velocidad constante de 0,85C; y el hermano D, se quedo en la Tierra. Cuando el hermano J llega al otro planeta, su reloj indica un intervalo de tiempo de 30años. ¿Cuál es la edad de los hermanos finalmente?

Los hermanos J y D se despidierón en el año 2042 cuando tenían la misma edad (18 años), cuando J llega al otro planeta el año será 2 072 (pues han pasado 30años) respecto del sistema inercial ligado a la nave donde viajo J, T` = 30años; eso implica que el tiempo transcurrido para el hermano D será:

Cuando J llegó al otro planeta, D en la Tierra tiene 75 años; en el otro planeta, J tendrá 48años.

De acuerdo a la concepción relativista, la masa aumenta, es decir la masa de un cuerpo no tiene un valor constante, pues esta depende de la velocidad (V) con el cual se encuentra desplazándose, es así, que si un cuerpo posee en reposo una masa como Mo, al desplazarse con una velocidad "V", la masa medida cuando esta en movimiento, M, tendrá un valor calculable por:

la masa "M" se denomina relativista, la cual depende de su velocidad, V, siendo la masa de reposo, Mo, una magnitud invariable en cualquier sistema inercial de referencia además de ser característica de una partícula. Si la relación es M/Mo esta se denomina masa relativa y no masa relativista.

Analizando la ecuación podríamos deducir que a medida que la velocidad "V" se acerca a la velocidad de la luz, C, la masa aumenta contrarrestando de este modo a la velocidad misma, además del tiempo el cual sería más lento en un cuerpo con dicha velocidad; entonces ningun cuerpo puede superar la velocidad de la luz, siendo esta de importancia a nivel de partículas subatómicas.

Ejemplo: Una partícula cuya masa en reposo es 15,00g se mueve a la velocidad constante igual a un 25% menos que la velocidad de la luz respecto de un sistema de referencia. Halle la masa relativista respecto del sistema de referencia.

Tenemos como información que la masa inicial es. Mo = 15g; sabemos que "C" representa a la velocidad de la luz, ademas que la velocidad "V" de la partícula es igual a: V = C - 25%C = 75%C = 0,75C

Reemplazamos en la ecuación de einstein:

El resultado para la masa en movimiento, M o relativista es: 22,69g

Como se mencionaba anteriormente, la alteración de la masa tiene importancia a nivel atómico, esto demuestra que la masa (materia) no es una cualidad inalterable del cuerpo, y, que por lo tanto la materia "puede llegar a desaparecer", pero esta desaparición viene acompañada de una cierta cantidad de energía, que hoy en día es una aplicación fundamental de la energía nuclear, este valor calculado por Einstein, del cual lleva su nombre, es:

Donde: E = energía de la masa desaparecida o transformada; m = masa que se ha transformado y "C" es la velocidad de la luz, además de:

En los procesos nucleares cierta masa no se transforma, a esta masa se le denomina masa remanente o residual que se representa como "Mr", que se obtiene de una masa inicial, "Mi", estas masas se pueden relacionar con la masa transformada, m, así:

Mi = m + Mr

Las unidades básicas de la energía son:

Las relaciones de equivalencias, entre las unidades de energía lo tenemos en el la sección de Sistema Internacional de unidades de medida.

Ejemplo: A partir de 10,98g de U - 235, que sufren una fisión nuclear, se liberan 7,23x10¹⁸ergios, ¿cuál es la masa de los productos materiales de la reacción nuclear?

Nos piden la masa de los productos materiales, eso significa masa remanente, Mr, tenemos como información la masa inicial, Mi = 10,98g; pero la masa transformada (m) nos han dado en forma de energía, para ello aplicamos la formula:

operando obtenemos que: m = 0,008g

empleando y reemplazando de la relación: Mi = m + Mr

tendríamos: 10,98g = 0,008g + Mr; Mr = 10,972g

Entonces la masa residual o remanente resulta ser 10,972g

La relación de Einstein entre la masa (m) y la energía (E) se ha demostrado en procesos nucleares de este tipo en forma directa de las masas de los productos remanentes y de la energía liberada; en terminos estrictos de la relatividad, el cambio de la masa (Δm) implica un cambio de la energía (ΔE) el cual se puede calcular de acuerdo a la siguiente ecuación:

ΔE = Δm.C²

Como habra notado la "desaparición" de la masa y la "aparición" de energía, parece contradictoria respecto de los principios de conservación de ambas magnitudes (masa y energía); Einstein de acuerdo a su teoría especial de la relatividad logra establecer que tanto la materia como la energía son evidencia de una misma cosa, ya que la masa (perdida de masa o conversión de cierta masa, Δm) se transformará en energía y viceversa, por lo que los principios de la conservación de la masa (materia) y la energía se unificarón: "la masa de toda la materia y la masa equivalente a toda la energía en el universo, permanece constante".

ENERGÍA

2011-06-27T21:26:00.012-05:00

Al dejar una manzana sobre la mesa, por unos días es notorio observar que esta ha cambiado su estado original, lo mismo ocurrirá con el mueble, que a diferencia de la manzana tardará más tiempo en manifestar cambios observables para nosotros, nosotros mismos experimentaremos cambios, esto se debe a que la evidencia de la existencia de materia es que esta presenta movimiento, que en nuestro ejemplo el movimiento es obviamente interno, por tanto aquello que produce cambios en la materia se le conoce como energía, que de acuerdo a Einstein (teoría de la relatividad de 1905, la masa (materia) y la energía son equivalentes en el universo, hoy en día demostrada) es que "una masa proviene de energía", que a lo de hoy se une el concepto de que la energía es masa disipada (materia insustancial). El termino energía proviene del latín energīa, y este del griego ἐνέργεια que significa en forma figurativa, poder, virtud para obrar y físicamente es la capacidad para realizar un cierto trabajo, que se mide en unidades Julios (J), además de ser aquella que existe en un medio físico, la energía y su acción se puede representar así:

Existen diversos tipos de energía, de las cuales las más importantes son:

1. Energía cinética (Ek).- Es una forma de energía dependiente del movimiento relativo que posee un cuerpo respecto de un sistema referencial, siendo por tanto una energía relativa, se calcula así:

donde: "m" es la masa del cuerpo y "V" es la velocidad del cuerpo.

veamos algunos ejemplos en la cual la energía cinética esta presente.

2. Energía potencial.- Es una forma de energía dependiente de la posición de un cuerpo respecto del nivel de referencia, por lo que podemos aseverar que se trata de una energía relativa, este tipo de energía se presenta en dos formas:

2.1. Energía potencial gravitatoria (Ep = Epg): es aquel tipo de energía que presenta un cuerpo debido a la altura, h, en la cual se encuentra, con respecto de un plano de referencia horizontal; esta energía se define como el trabajo que realiza el peso (W) del cuerpo al desplazarse éste de la ubicación en la cual se encuentra, hasta el plano horizontal de referencia. Esta energía se calcula así:

Ep = m.g.h

donde: "m" es la masa del cuerpo, g = aceleración de la gravedad (9,8m/s2)

Observemos ejemplos de energía potencial gravitatoria.

2.2. Energía potencial elástica (Epe): es la energía que posee un cuerpo sujeto a un resorte comprimido o estirado, esta se calcula así:

donde: k = constante de elasticidad del resorte (depende de la calidad del resorte)

siendo "x" la elongación del resorte.

Veamos algunas aplicaciones de la energía potencial elástica:

Hasta aquí hemos observado dos tipos de energía (cinética y potencial, Ep y Epe), la suma de estas energías respecto de un cuerpo en análisis determinan la energía mecánica total del cuerpo. El incremento de la energía mecánica total es igual al trabajo de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo sin considerar a la energía potencial elástica; así, veamos a que me refiero:

Ejemplo: Un cuerpo de 5,75kg de masa se encuentra en reposo a una altura de 0,225km sobre el piso; de acuerdo a la información, calcule la energía potencial, cinética y mecánica cuando se encuentre a una altura después de transcurrido tres segundos.

Para la resolución es necesario transformar 0,225km a metros, aplicamos F.U.C y tendremos:

Ahora graficaremos adecuadamente, con la información disponible:

Al transcurrir tres segundos, la nueva altura será h1, la cual se calcula así:

Esa formula la reemplazaremos por: h = 225 - h1; Vi = 0 (reposo)

el valor de g (en la tierra) es: 9,8m/s2; t = 3seg.

el resultado será:

de: 225 - h1 = 44,1; se obtiene: h1 = 180,9m (es práctico colocar la unidad al final)

Ahora podemos calcular la energía potencial, Ep, empleando la formula y reemplazando:

Ep = 5,75.(9,8).180,9 = 10 193,715kg.m2/s2 = 10 193,715J

Para el caso de la Ek, es necesario conocer la velocidad (V1), por lo que emplearemos la formula:

V1 = Vi + g.t

de esta formula, reemplazamos, así: V1 = 0 + 9,8.(3) = 29,4m/s

Ahora empleamos la formula del calculo de la Ek:

Finalmente nos piden la energía meánica (EM), el cual como sabemos se calcula como la suma de la Ep y Ek, por lo que tendríamos:

EM = 10 193,715J + 2 485,035J = 12 678,75J

OBSERVACIÓN: La energía mecánica se conserva, cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son conservativas, la energía mecánica (EM) del cuerpo permanece constante, es decir tanto al inicio (i) como al final (f), cumpliéndose: EMi = EMf. Así el caso general de la conservación de la energía desarrollada por Meyer - Joule, postula: "la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma a otra".

3. Energía eólica.- Es una aplicación de la energía cinética, se produce por la acción de los vientos, la cual es transformada en otros tipos de utilidades para el hombre, considerada como tecnología verde, pues no contamina el medio ambiente, siendo un recurso renovable.

4. Energía eléctrica (E).- Se genera por la diferencia de potencial (voltaje) entre dos puntos distintos que se situan al desplazarse los electrones o partículas cargadas, esta puede transformarse en energía luminosa, mecánica y térmica. Esta se calcula así:

E = V.q

Donde: "V" es voltaje y "q" es carga eléctrica

5. Energía Luminosa.- Es la energía percibida de la energía transportada por la luz visible (observada por el ojo del ser humano), la cual se manifiesta en la materia en diferentes formas, puede arrancar los electrones de una placa metálica produciendo una energía umbral o trabajo, puede manifestarse como una onda electromagnética.

5. Energía radiante.- Es la energía que depende solo de la intensidad de la luz y de su espectro (color), por lo que la energia radiante esta presente en las diferentes ondas electromagnéticas, como los rayos gamma, rayos ultravioleta, luz visible, microondas.

6. Energía calorífica.- Es aquella que se transfiere en forma de calor el cual es originada por el movimiento molecular de los cuerpos, esto se puede observar en cuerpos con distintas temperaturas, donde el de mayor temperatura se iguala con el de menor temperatura si se ponen en contacto, existirá una transferencia de calor que cesara al equilibrarse sus temperaturas.

6.1. Transferencia y medida de calor: la cantidad de calor transferido en un proceso físico se expresa generalmente en calorías (cal) o en la unidad S.I. Julios (J), ambas nos representan cantidades muy pequeñas de energía, que se relacionan así: 1 cal = 4,184 J

La capacidad calorífica, C, es la cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de un cuerpo en 1K (1⁰C); y esta se calcula así:

mientras que el calor específico (Ce) es una propiedad que caracteriza a una sustancia, siendo la cantidad de calor necesario para elevar en 1K la temperatura de una sustancia, sin cambio de fase, ambas se relacionan así:

donde: "m" es la masa del cuerpo
De esta se obtiene la siguiente formula:

El "Ce" de una sustancia difiere para las fases sólida, líquida y gaseosa, por ejemplo el Ce de hielo es 2,09J/g.⁰C; cerca de los 0⁰C, para el agua líquida es 4,16J/g.⁰C; mientras que para el vapor es 2,03J/g.⁰C; cerca de los 100⁰C, el Ce del agua es muy elevado.

Para una mezcla (sistema), en un recipiente térmicamente aislado (no sale, ni entra calor, Q) debe ocurrir un equilibrio térmico, en la cual debe cumplirse que:

Q ganado = Q perdido

Ejemplo: ¿Cuánto es el calor que se necesita para cambiar la temperatura de 218,5g de plomo, de 10⁰C a 35⁰C, sabiendo que el Ce (Pb) es 0,031cal/g.⁰C?

Nos piden el valor del calor necesario "Q", para ello nos dan el Ce (Pb), su masa igual a 218,5g y la variación de su temperatura de 10⁰C a 35⁰C, el cual resulta igual a 25⁰C. Reemplazamos los datos en la formula:

Entonces el valor de "Q" resultará 169,34cal

7. Energía sonora.- Conocida como energía acústica, es aquella energía que transmiten o transportan las ondas sonoras (son ondas mecánicas, pues dependen de un medio material para transportarse) que proceden de una fuente de energía vibracional.

8. Energía nuclear.- Conocida como energía atómica, es aquella energía que se libera o emite en forma espontánea (natural) o inducida (artificial) en los procesos de reacciones nucleares, para que esto suceda el núcleo del átomo debe transformarse. Esta se calcula así:

donde: "m" es la masa critica o transformada y "C" es la velocidad de la luz (300 000km/s)

9. Energía química (Eq).- Se produce en los procesos de reacciones químicas de las sustancias, así por ejemplo en un auto se necesita de la bateria para encenderlo y esto se logra por procesos quimicos que ocurren con el ácido sulfúrico, para luego combustionar la gasolina y poner en movimiento el auto. Esta se calcula de acuerdo a la siguiente formula:

Eq = (valencia) . (afinidad)

10. Energía biológica.- Es aquella generada en todo ser vivo, por ejemplo la formación del adenosin trifosfato, ATP, como unidad de energía ("moneda de energía") fundamental de las células.

Las diferentes clases de energía pueden transformarse de una en otra, así tenemos que la energía cinética se transforma en potencial y viceversa, o cuando la energía eléctrica llega a un equipo de sonido se puede observar que transforma en energía luminosa por que al presionar el control remoto se encienden los led´s generando un sonido debido al volumen que le estamos dando, la música entrará en acción que si encendemos la lectora de dvd esta girara generando energía mecánica, despues de un cierto tiempo observaremos que el equipo comenzará a calentarse produciéndose energía calorífica. La energía entonces, en un sistema, es constante.

MATERIA

2011-06-23T23:11:00.273-05:00

Ahora frente al ordenador, usted esta observando una serie de "estructuras" y formas diferentes a los cuales puede tocar, oler, ver, de modo tal que nuestros sentidos estan participando, pero no en la existencia de estas "estructuras" la cual es independiente a nosotros, ya que sus cambios se originan debido a su movimiento interno o/y externo; a estas "estructuras" y formas se les denomina materia (...en la cual obviamente usted, nosotros estamos incluidos), que de acuerdo al latin materĭa implica una realidad primaria de la que están hechas las cosas, además de una realidad espacial y perceptible por los sentidos, que, con la energía, constituye el mundo físico. Nuestro universo esta constituido por materia en sus diferentes formas, con asociaciones a la energía, siendo estas consideradas como tal por ser perceptibles y medibles físicamente en el espacio - tiempo.

En esta primera decada del siglo XXI, se ha determinado que nuestro universo esta constituido de diversas formas de materia, que en general se puede distribuir así:

Materia másica; esta se encuentra en forma común, como la sal, el azúcar, el ordenador por decir, esta solo constituye el 5,0% y a pesar de ser muy pequeña esta aún no ha podido ser analizada en un 50%.
Materia oscura; de composición desconocida, no emite o refleja suficiente radiación electromagnética, para que esta pueda ser observada por tecnología nuestra, pero su existencia esta probada debido a que sus efectos gravitacionales se muestran sobre la materia visible, juega un papel importante en la formación y evolución de las galaxias, constituye el 23,0%.
Energía oscura; constituye el 72% de nuestro universo, presente en el espacio ejerce una presión negativa que tiende a aumentar la expansión del universo generando una fuerza gravitacional repulsiva.

OBSERVACIÓN: la masa se define como la cantidad de materia que presenta una determinada porción de materia a la que se denomina Cuerpo; para medir la masa se emplea la balanza y la unidad de medida en el Sistema Internacional de unidades, S.I., es el kilogramo, kg.

Para un mejor análisis, veamos el siguiente cuadro de distribución:

La materia ordinaria, que esta constituida de masa, puede conceptuarse desde dos puntos de vista, así el macroanalítico conceptua que la materia es todo aquello que tiene extensión, es ponderable, impenetrable por tanto ocupa un lugar en el espacio, posee masa y volumen, entonces son ejemplos un auto, un lápiz, el agua de mar, el aire...; empero, desde la perspectiva del microanalítico, la materia es todo cuanto existe en el universo, constituida de partículas elementales como el protón, hiperón, neutrón, electrón, entre otras, que puede aún encontrarse en estado libre, sin embargo se agrupan entre sí para formar átomos, que a su vez se unen para formar moléculas e iones. Por otra parte la materia no másica, de la que esta constituido gran parte del universo es energía o campo, que no presentan masa, como la luz, rayos X, rayos gamma, ondas hertzianas, que estan constituidas de paquetes de energía a los que se les denomina fotones. Podemos entonces afirmar que la materia en el universo se presenta en dos formas, siendo la primera: materia sustancial (materia o materia con masa) o condensada, como el oro, betún, fármacos,... y la segunda: materia insustancial (energía o campo o materia sin masa) o disipada, como la luz, campo magnético, microondas,...

La materia hoy en día se conceptúa como todo aquello que existe en el universo, suceptible de ser percibido por nuestros sentidos por ser una realidad objetiva independiente de nosotros, encontrándose en constante movimiento el cual genera cambios o transformaciones.

La materia (materia sustancial) como tal presenta diferentes tipos de propiedades o características que lo distinguen de otros semejantes, las cuales pueden analizarse desde diferentes puntos de vista, veamos los más importantes, de acuerdo a:

I. La Observación de análisis:

A. Observables directamente.- Cuando se analiza a la materia directamente en un dispositivo de medición obteniéndose un determinado valor numérico, como la presión, temperatura, masa, peso,...

B. Observables indirectamente.- Cuando a la materia se le analiza indirectamente mediante el empleo de una función matemática, a partir de observaciones directas, como la entalpía, densidad, entropía...

II. La Cantidad de sustancia analizada:

A. Propiedades extensivas.- El valor medido de estas propiedades dependen de la adición de masa, razón por el cual se le denominan Aditivos, así si tenemos 20mL de aceite y luego le agregamos 10mL de más de aceite tendremos 30mL, el valor del volumen a cambiado al agregarle mayor masa, por lo tanto el volumen es una propiedad extensiva, al igual que esta podemos citar a la inercia, peso, presión de un gas, superficie, calor ganado o perdido,...

B. Propiedades intensivas.- El valor medido de estas propiedades no dependen de la adición de masa, razón por el cual No son Aditivos, así si sacamos de una cisterna 50mL de agua potable en un recipiente su densidad será aproximadamente 1g/mL, si ahora sacamos 250mL en otro recipiente, la densidad será la misma, por lo tanto, la densidad no cambia de valor al considerar otra masa, es una propiedad intensiva, al igual que esta podemos citar a la temperatura de fusión, color, olor, reactividad, mol-g, electronegatividad, maleabilidad, conductividad térmica,...

OBSERVACIÓN: Estas propiedades extensivas e intensivas se incluyen dentro de la propiedades físicas, pero a las propiedades químicas solo se le incluyen dentro de las propiedades intensivas.

III. Su composición y propiedades:

A. Propiedades físicas.- Se refieren a aquellas cualidades que facilitan la identificación de un tipo de materia sin producir una transformación de la misma, se subdivide en:

A.1. Propiedades generales.- se presenta en todo cuerpo material sin excepción, razón por el cual no permiten diferenciarlos, estas propiedades son:

A.1.1. Extensión: es la cualidad de ocupar un mayor o menor espacio, esta se relaciona con la longitud, área y volumen, por lo que implica que la materia posee dimensiones; así su ordenador ocupa un cierto espacio. Veamos otros ejemplos:

A.1.2. Impenetrabilidad: el lugar ocupado por un cuerpo, no puede al mismo tiempo ser ocupado por otro; es por eso que a un tarro de leche se le hace dos huecos, por uno de ellos ingresará el aire para ocupar cierto espacio de la leche empujándola hacía afuera, obviamente los agujeros del tarro deben estar frente al piso para poder observar el proceso. Aquí otros ejemplos cotidianos:

A.1.3. Inercia: es la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser modificados en su estado de reposo o de movimiento uniforme. De esta propiedad deriva la medida cuantitativa de la masa (m), observándose que a mayor masa mayor inercia (masa inercial). La masa es una medida de la inercia de los cuerpos, matemáticamente es la razón entre la intensidad de la fuerza (F) o causa, y, la variación de la velocidad (a) o efecto, así tenemos: m = F/a. Aquí unos ejempos más de inercia:

A.1.4. Gravedad: todos los cuerpos son atraídos hacía el centro del astro donde se encuentra; esta fuerza con el cual son atraídos se denomina peso (W), el cual se sustenta así: W = m x g
donde "g" es la aceleración de la gravedad y "m" es la masa del cuerpo.

OBSERVACIÓN: La masa (m) y el peso (W) son propiedades generales de la materia. En el S.I. la masa (m) y el peso (W) son semejantes, así no es raro que el común de la gente pregunte: ¿cuál es su peso? en vez de ¿cuál es su masa?, tal vez se deba a que en nuestro planeta la gravedad casi es una constante, por lo que no importa esta diferencia; empero, en el espacio la diferencia es notable, pues mientras la masa no cambia en cualquier lugar en que se encuentre, el peso si cambia, pues esta depende de la gravedad, tanto así que si llegaramos a un lugar sin gravedad (ingravido), nuestro peso sería cero.

A.1.5. Porosidad: Las partículas de los cuerpos no están inmediatamente unidas unas a otras, sinó que dejan entre si, espacios llamados poros reales (o sensibles), observándose una distribución especial que constituye su estructura mecánica; así cuando se trata de espacios entre las moléculas se les denomina poros físicos, siendo su distribución una estructura molecular.

A.1.6. Divisibilidad: es la cualidad que explica la divisibilidad de la materia, esto implica que la materia puede fraccionarse en partículas cada vez más pequeñas por medio de diferentes procesos, por ejemplo por medio de procesos mecánicos se dividen en partículas, por medios físicos en moléculas, esta propiedad explica la naturaleza corpuscular de la materia.

A.1.7. Entropia (S): Es una magnitud termodinámica que mide el grado de desorden que existe en la materia, así la entropía de un sistema aislado sólo puede permanecer constante o aumentar, entonces entre un gas y un líquido por ejemplo, la mayor entropía lo manifiesta el gas.

A.1.8. Energía interna (U): es la energía almacenada dentro de un cuerpo o sistema como la energía de movimiento interno de los átomos y moléculas.

A.1.9. Entalpía (H): denominado también poder calorifico, es el calor involucrado en un proceso a presión constante.

OBSERVACIÓN: Existen algunas propiedades generales como el volumen, inercia que pueden catalograse como propiedades extensivas.

A.2. Propiedades particulares (o específicas).- se presentan en ciertos grupos de materia, que le permiten diferenciarlos de los demás e identificarlos. Aquí algunos, de los más importantes:

A.2.1. Dureza: es la oposición que ofrecen los cuerpos sólidos a ser rayados o penetrados superficialmente, esto depende de la cohesión de las partículas que forman el cuerpo, así pueden ser blandos como el estaño (Sn) y duros como el diamante (C).

A.2.2. Tenacidad: es la oposición que ofrecen los sólidos a la ruptura por tracción, empero, si esta resistencia es grande se considera que el cuerpo es tenaz, como el acero, y si la resistencia es pequeña se considera que el cuerpo es frágil, como el vidrio.

A.2.3. Elasticidad: propiedad por el cual los cuerpos recuperan su forma y volumen inicial cuando cesa la causa que lo deformaba, como la liga, el caucho. Aquellos cuerpos fácilmente deformables como la cera, arquetipo, plastilina, que conservan la nueva forma, reciben el nombre de Plásticos.

A.2.4. Maleabilidad: exclusivo de sólidos metálicos que se extienden en planchas o láminas como el oro (Au), bronce, cobre (Cu),...

A.2.5. Ductibilidad: exclusivo de sólidos metálicos que se reducen a hilos o alambres como el oro, plomo (Pb), estaño, latón,...

A.2.6. Resistencia de materiales: es la medida de la capacidad de un material sólido deformable para soportar tensiones de cargas, distorción, sufrir ruptura, sin alterar su estructura interna o colapsar.

A.2.7. Resiliencia: es la propiedad de acumular o liberar energía en la aplicación o retiro de carga.

A.2.8. Rigidez: cualidad de un sólido o elemento estructural para soportar a la deformación elástica sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos.

A.2.9. Fluidez: los líquidos y gases tienen la capacidad de fluir, desplazarse o escapar por los orificios practicados en los recipientes que le contienen, es proporcional a la temperatura, así a menor temperatura el fluído se desplazará más lentamente.

A.2.10. Viscosidad (n): es la resistencia que oponen los fluidos al desplazamiento o movimiento de los cuerpos en su seno, a causa de la fuerte cohesión y adhesión, es una cualidad inversa a la fluidez, así a mayor temperatura la viscosidad es menor, fluyendo más rapidamente.

A.2.11. Comprensibilidad: los cuerpos gaseosos poseen poca resistencia a la disminución de volumen, por lo grandes espacios que estas presentan.

A.2.12. Expansibilidad: al aumentar la temperatura, los cuerpos gaseosos aumentan el volumen, debido a que su energía cinética (o de movimiento) aumenta, ocupando un mayor espacio.

A.2.13. Tensión superficial: se manifiesta en líquidos, es la fuerza necesaria entre las moléculas de la parte superior del líquido para mantener en equilibrio una lámina delgada en esta parte, la misma que permite que algunas partículas "floten" en su superficie, aún siendo más pesadas.

A.2.14. Conductividad: Es aquella propiedad por la que un cuerpo permite el paso de la corriente eléctrica o el calor, donde el calor se puede transmitir de tres formas distintas como es la conducción metálica, la convección y la radiación.

B. Propiedades químicas.- consideradas como propiedades intensivas, son aquellas asociadas a las reacciones químicas, hechos en los cuales se producen alteraciones en la estructura y ordenamiento de los átomos, al analizar a la materia y sus interaciones, para ello se presenta los siguientes ejemplos: Potencial de ionización (P.I), afinidad electrónica (A.E), número atómico (Z), masa atómica (M.A), tamaño atómico, iónico y molecular, reactividad, combustibilidad, oxidación, reducción,...

Bien, que te pareció el post, ya sabes si tienes algún comentario sobre el tema u otro relacionado con las Ciencias Químicas, no lo olvides y dejalo aquí abajo en la cajita de comentariuos. Que tengas un día genial.

GENERALIDADES DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA

2011-06-16T22:48:00.011-05:00

En un día de primavera es común que las personas se distraigan más (... posiblemente por que se sale de una estación muy fría) y que mejor cuando se hace entre la familia y los amigos; así un día de esparcimiento en un centro recreacional pareciese lo más adecuado, sino fuera por la picadura de los mosquitos. Entre nosotros nos preguntaríamos como hacer para evitarlos, probablemente existiría una lluvia de ideas, entre ellas alguien sugeriría el empleo de pomadas antihistamínicas, sin embargo, es poco probable en ese instante que nos preguntemos como se elaboro la pomada y en razón de que fué su producción. Ignoramos que la elaboración del producto fue para cubrir una necesidad humana la cual se baso en una formula magistral, que para su elaboración se necesito de tiempo y de una serie de procesos secuenciados hasta que el producto se logre.

Si lo que deseamos es elaborar dicha pomada debemos saber que su formula magistral necesita para 1,0kg de pomada la siguiente cantidad de componentes: 75g de Prometazina, 75g de Óxido de zinc, 25g de Lanolina, 25g de Tween G, 250g de Vaselina y 550g de Parafina c.s.p (c.s.p.: cantidad suficiente para completar un determinado peso o volumen); estos componentes son el resultado de un arduo proceso científico.

¿Cuál es el significado de la investigación?

El ser humano es producto de su inventiva y evolución. Su deseo de conocimiento del mundo del cual forma parte le ha llevado ha plantearse desde ideas basadas en superticiones primitivas hasta conceptos actuales científicos explicados bajo una realidad demostrable. Al ir superando el misticismo, el parametraje limitado de observaciones asistemáticas, ha podido lograr ir sistematizándose en el proceso de pensar en si mismo hasta desarrollar métodos de razonamiento inductivo y deductivo que se plasma en la ciencia del método científico.

El siguiente es un proceso de investigación científica de la Cosmoquímica:

"El cuerpo más extraño del sistema solar es, sin duda alguna, Io, otra Luna de Júpiter, Io es una Luna de color brillante, gran parte de la cual se debe a la presencia de alótropos de azufre y de compuestos de este elemento. La superficie de esta Luna esta salpicada de volcanes de azufre en erupción, se cuentan entre las vistas más impresionantes y hermosas del sistema solar. De hecho, estas erupciones parecen gigantescos géiseres de azufre, como fantásticos chorros similares al "old faithful" del parque Yellowstone, que vomitan azufre y compuestos de este a gran distancia hacia el espacio antes de que la débil gravedad consiga devolverlos y depositarlos de nuevo en la superficie. También es insólita la química de la tenúe atmósfera compuesta principalmente de dióxido de azufre y algunas especies más exóticas como el monóxido de azufre.

¿Por qué la química de Io es tan singular?

El azufre es un elemento común en todo el sistema solar, pero en planetas como la Tierra este elemento se encuentra en forma de sulfuros metálicos. Asimisno la actividad volcánica de Io es consecuencia del calentamiento que generan las atracciones gravitatorias de Júpiter, y, en menor medida, de Europa"

Tomado de Química Inorgánica descriptiva. Geoff Rayner - Canham. 2th.

En un principio el método científico era más bien una metodología de la investigación cientifíca, en ambos casos la investigación es fundamentalmente una actividad intelectual y creadora.

El desarrollo de las teorías se produce gracias a la investigación pura (fundamental) de procesos formales y sistemáticos de análisis deductivo - inductivo, pero es la investigación activa la que aplica el método científico rigurosamente a la resolución de problemas en un marco especifico sin considerar aplicaciones generales o hallazgos subyacentes a la situación estudiada, razón por el cual este tipo de investigación denominada activa tiende al fracaso.

Se puede entonces aseverar que:

La investigación científica es un quehacer que va desde el planteamiento del problema que surge con la idea, hasta la evaluación de la solución del problema. La ciencia entonces es un estilo de pensamiento y de acción; es creación humana, siendo su labor, la investigación y el producto de conocimiento, como lo afirmara Pons Muzzo. Por ello es que la investigación científica emplea al método científico como su enfoque sistematico. Los resultados obtenidos en una invesigación pueden ser tanto cualitativos derivados de las observaciones generales del sistema y cuantitativos que indican cantidades obtenidas al hacer diversas mediciones; en el caso químico se emplean símbolos estándares y ecuaciones para representar sus mediciones y observaciones procesadas; así se generaliza:

EL MÉTODO CIENTÍFICO

Un método es una técnica o procedimiento que se emplea para tratar una serie de problemas. En el caso de aplicarse a la ciencia esta se da a todo el ciclo de la investigación, bajo un marco individual del problema. El método científico tuvo sus inicios en el siglo XVII con personajes como Lavoisier, Newton, Galileo que en sus tiempos se creia que las estrellas tenían posiciones fijas en el espacio (universo), el demostraría que no era así; la clave fue que su demostración no se basaba solamente en suposiciones, sino que había observado minuciosamente el espacio, con el empleo de su telescopio.

El hombre un ser curioso, que determina su destino (a mi parecer), deseoso de conocer y comprender lo que le rodea al igual que los fenómenos que en este se producen, han hecho de que se condujera al conocimiento químico, cuyo método científico presenta los siguientes pasos básicos:

Producto de la necesidad humana nace la inventiva a merced de solucionar un Problema. El Problema es el primer paso básico del método científico que tiene su origen en la Idea, por lo tanto el científico no actúa al azar sino para responder a una necesidad; así del porque el hidrógeno y el oxígeno no reaccionan en el aire que nos rodea constituiría por ejemplo un problema.

La Observación, es empírica, el científico actúa minuciosamente mediante el empleo de sus conocimientos y de aparatos que le ayudaran en su cuidadosa observación, recolectara muestras e información en condiciones experimentales cuidadosamente planeadas y verificadas. Así en nuestro caso, del hidrógeno y oxígeno se anotará bajo que temperatura no reacciona, que elementos pueden o no permitir su reacción.

En la Hipótesis, producto de la observación sistematizada, el científico busca explicar detalladamente los hechos, para ello plantea supuestos a los que se denominan hipótesis científica. En está el análisis y correlación de los fenómenos se proponen bajo una situación que se imagina y postula con el objetivo de explicar ciertos sucesos naturales que se relacionan con la observación experimental.

La Experimentación es característico de la ciencia actual y esta se provoca deliberadamente con el fin de observar e interpretar su resultado para llegar a una información cognoscitiva, para ello se realiza una serie de experimentos adicionales, bajo condiciones controladas. Si los resultados en la etapa experimental son congruentes con todos los hechos observados y la hipótesis resiste cada prueba realizada continuamente, entonces la hipótesis se convierte en una Teoría, si no se verifica se plantearan nuevas hipótesis. Es necesario notar que en toda labor experimental se emplean técnicas estadísticas para la estimación de los resultados experimentales.

La Teoría explica los sucesos y proporciona los cimientos para explicar algunas leyes derivadas de las conclusiones lógicas y formales del fenómeno observado. Las conclusiones se comunican por escrito a los demás científicos que trabajan en el mismo campo, para que ellos tengan la oportunidad de objetar o afirmar las conclusiones, si esta se corrobora se convierte en una Ley Científica.

Una Ley Científica es un enunciado exacto del comportamiento de la naturaleza sin ninguna excepción, para ello se precisa expresarlas empleando las matemáticas, herramientas básicas del científico.

APLICACIONES DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA

Se puede comentar como parte de la investigación científica a la tecnología, invento e innovación.

Tecnologia:

Es el resultado de la aplicación de los conocimientos científicos y empíricos destinados al perfeccionamiento y desarrollo de nuevos productos o procesos industriales que definitivamente tienen efectos sociales y económicos sobre la humanidad. Las técnicas actuales se fundamentan en conocimientos científicos avanzados y complejos constituyendo poderosos recursos para dominar el medio en que vive el ser humano. Actualmente vivimos un desarrollo tecnológico, que incluso es capaz de destruir a la especie humana, a travéz de armas nucleares, armas químicas,... al ser empleados con fines privados. En una entrevista al físico teórico Stephen Hawking sobre la existencia de extraterrestres, el comento que la imposibilidad de ver a otras civilizaciones es que posiblemente les va ha ocurrir lo mismo que nos pasará, ser destruidos por nuestras propias armas, el ser humano tiene la posibilidad de que esto no suceda, la decisión esta en sus manos, que mejor que empleando las tecnologías al servicio correcto por los demás, de una justicia social.

Invento:

Es el resultado sistemático de la investigación y el desarrollo por medio de la experiencia o habilidad pragmática de alguien que no necesariamente esta en el proceso productivo. Así tenemos a Arquímedes en el siglo III antes de cristo, inventor de la rueda dentada, la palanca, la balanza hidrostática; a Bell en 1876, en U.S.A. invento el teléfono; A. Celsius, sueco que en 1742 invento el termómetro en grados centígrados; Galileo Galilei, Italiano en 1610 invento el telescopio y microscopio; Humphry Davis, inglés que en 1816 invento la lámpara de seguridad para mineros, son algunos de los ejemplos de inventores. Aquí una lista de inventos importantes: la rueda (1), avión (2), el foco (3), internet (4), ordenador (5), teléfono (6), penicilina (7), iphone (8).

Innovación:

Son invenciones que superan diferentes etapas para finalizar en el proceso productivo siendo de esta manera de impacto directo o indirecto sobre la sociedad. Se conjuga oportunidades y técnicas con las necesidades, integrando un paquete tecnológico que tiene por finalidad introducir o cambiar productos o procesos hasta su comercialización.

La imagen del bebe es un claro ejemplo de innovación del tipo educativo.

CIENCIAS QUÍMICAS

2011-06-07T22:26:00.010-05:00

Tal vez cuando un ser humano observa a un cuerpo en movimiento notara en este un marcado relativismo, seguramente por que en ese momento le despreocupara lo que suceda en su interior, es decir en el mundo submicróscopico del cuerpo, el mundo de sus partículas subatómicas, átomos, moléculas o/y unidades formulas, sino fijémonos en el relativismo de Einstein.

El termino ciencia, del latín scientia, es un conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales, esta definición es aplicable a la Química, pues esta la emplea basándose además de una serie de métodos y técnicas de investigación. Química es un área de la ciencias naturales que se encarga del estudio de la materia, sus propiedades, estructura interna, cambios que en ella se produce mediante el análisis experimental además de las leyes que le gobiernan y de la energía vinculada a esta. En términos más simples, Química es la "Ciencia de la transformación de la materia y sus cambios".

Es innegable que la química esta inmersa en casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, así constantemente se producen cambios químicos en nuestra atmósfera, hidrósfera, litósfera; en la fábricas, en el parque automotor, o en nosotros mismos es decir tanto en el campo biótico (ser vivo) y abiótico (inerte), la producción de un antibiótico se genera gracias a principios químicos; por lo que el empleo de la química esta muy diversificado, tanto en la comprensión de un hecho ocurrido en nuestro medio, o en la solución de un problema que nos aqueja.

Se considera a la Química como la ciencia central, principalmente a que se apoya en fundamentos matemáticos y físicos y esto hace a su vez que sea base de las ciencias biológicas, físicoquímica, medicina, astroquímica, agronomia, veterinaria, petroquímica, geología, etc... La importancia de la química radica principalmente en que permite satisfacer menesteres humanos en distintas actividades, así por ejemplo se observa en MEDICINA con la producción de diferentes fármacos para el control y la profilaxis de diversas enfermedades, para el mejoramiento de la salud en general; en NUTRICIÓN sintetiza medicamentos que permiten un mejor metabolismo para el control de una dieta adecuada, así como determina las sustancias vitales que requiere el organismo; en MINERIA, permite conocer los tipos de materiales de una mena, así si existe 3g/ton de oro, del terreno puede explotarse este mineral; en AGRICULTURA, la producción de abonos y fertilizantes, aumenta la productividad de los suelos, la producción y el empleo reglamentado de insecticidas y pesticidas controlan diversas enfermedades y plagas que afectan a la planta; en TEXTILES, se ha logrado sintetizar diversos materiales de fibras sintéticas, colorantes para teñidos, preservantes; en el MEDIO AMBIENTE, se produce y analiza productos que no dañen la capa de ozono, así como la elaboración de materiales que controlen a las sustancias contaminantes; Así pues la importancia de nuestra Ciencia Química, una Ciencia joven, se encuentra en diferentes áreas.

El campo de la Química hoy en día sigue progresado enormemente, por lo que se ha creido conveniente dividirla en varias ramas especiales de estudio, para que de este modo exista una mejor comprensión, el siguiente cuadro les indicará a que me refiero:

como se habrá dado cuenta existen cuatro ramas en la cuales se divide las ciencias químicas, estas divisiones se pueden conceptuar así:

QUÍMICA GENERAL: Estudia todos los conocimientos fundamentales de la química en términos generales, en la cual hay predominio de lo teórico sobre lo experimental.

Así por ejemplo la estructura del átomo es uno de sus estudios.

QUÍMICA DESCRIPTIVA: Estudia en forma detallada la descripción de las sustancias químicas respecto de sus propiedades y la formas de obtenerlas quimicamente puras.

La Química descriptiva se divide en dos subramas conocidas.

QUÍMICA INORGÁNICA: Se encarga del estudio de los elementos químicos cuando forman compuestos, aleaciones o cuando forman sus propias funciones químicas relacionadas a las sustancias inertes o de los minerales, esto último es razó para que a esta subrama se le conozca como MINERALOGÍA. Aquí por ejemplo observamos al cuarzo:

QUÍMICA ORGÁNICA: Estudia a los elementos biogenésicos (C, H, O, N) en los cuales sobresale el carbono, está área estudia a los compuestos derivados del carbono relacionados con la materia viva o artificiales que les contenga, a excepcion del CO, sus óxidos, carbonatos, etc..

QUÍMICA ANALÍTICA: Se encarga de investigar, analizar a los elementos que intervienen en una sustancia o mezcla, mediante técnicas de identificación, separación y cuantificación de las sustancias orgánicas e inorgánicas presentes en dichas muestras materiales, esta se subdivide en:

QUÍMICA ANALÍTICA CUALITATIVA: estudia las técnicas para IDENTIFICAR a las sustancias químicas contenidas en una muestra. Así el azúcar doméstica presenta por molécula carbono, hidrógeno y oxígeno.
QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA: estudia las técnicas para CUANTIFICAR las sustancias químicas en una muestra, para lo cual empleará el porcentaje en masa, entre otras para luego determinar sus formulas respectivas. Así en la molécula del azúcar doméstica se sabe que existe 42,1% de carbono, 6,4% de hidrógeno y 51,5% de oxígeno

QUÍMICA APLICADA: denominada también como Química Productiva; Se encarga de aplicar los conocimientos químicos en distintos campos que favorezcan al ser humano.

esta rama de las ciencias químicas se subdivide en diversas ramas, para ello veamos aquellas consideradas como las más importantes:

BIOQUÍMICA: estudia las reacciones químicas que se producen dentro de un ser vivo como las ocurridas a nivel celular.

AGROQUÍMICA: estudia las sustancias químicas que van ha ser aplicadas en el campo de la agronomia.

FISICOQUÍMICA: estudia las relaciones entre la materia y energía, penetrando en las particularidades de la estructura de los átomos y moléculas.

PETROQUÍMICA: estudia los procesos y principios químicos para obtener los productos industriales a partir de los derivados de los hidrocarburos.

QUIMIURGIA: es la aplicación de la química en la agricultura. empleada para el manejo de la materia prima en otras industrias.

GEOQUÍMICA: estudia la composición química de la tierra.

ASTROQUÍMICA: estudia la composición química de los astros y del universo.

FARMACOQUÍMICA: estudia las propiedades de las sustancias químicas y su acción sobre los seres vivos.

RADIOQUÍMICA: estudia las transformaciones de los elementos y de las sustancias radiactivas como los trazadores.

Es necesario aclarar que la Química como tal es parte de las ciencias naturales, tal como lo dice su conceptualización, para ello podemos observar el siguiente mapa general:

Claro esta, que dentro de las ciencias naturales, también se incluyen a la ASTRONOMIA y la GEOLOGÍA, como parte esenciales de esta maravillosa Ciencia Natural.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

2011-06-02T22:19:00.019-05:00

El sistema métrico se origino de un tratado firmado en 1875 en los cuales se establece que las convenciones métricas se podrían modificar por acuerdo internacional; Así cada cierto tiempo un grupo internacional de la conferencia general de pesas y medidas se reúne para ver y ratificar los adelantos en el sistema métrico.

Es innegable que para manejar este sistema se necesita ciertas herramientas matemáticas como las que se aplica en la notación científica, la cual se representa por medio del numeral:

OBSERVACIÓN: De acuerdo al articulo 2 del DS 064 – 84 – ITI/IND del sistema legal Peruano se prohíbe el uso del punto decimal (.) por lo que debe de emplearse la coma decimal (,) para separar la parte entera de la decimal.

Regla para notar científicamente

Se observa que debe existir una sola cifra como parte entera, así: “a” puede ser: 1, 2, 3, 4, 5,…,9. Si la coma se desvía a la izquierda el exponente “n” aumentara en el mismo número de cifras que pasa, así: 20000 se representaría:

Pero si la coma se desvía a la derecha del exponente “n” disminuirá en el mismo número de cifras que pasa, así: 0,000048 se representaría:

A continuación veamos como notamos de manera científica los siguientes numerales:

• 0,000067 → 0,000067 = 6,7x10^–5

• 0,000000998 → 0,000000998 = 9,98x10^–7

• 345000000 → 345000000,0 = 3,45x10⁸

• 90000000000 → 90000000000,0 = 9,0x10¹¹

Sobre el redondeo, el cual es un criterio empleado para eliminar cifras dudosas, se presentan los siguientes casos, en la cual la cifra o guarismo cinco (5) es desequilibrante, así redondearemos:

• 8489 = 8 489 (9 > 5) sería 8 490

• 3394 = 3 394 (4 < 5) sería 3 390

• 4875 = 4 875 (7 es impar) sería 4 880

• 3225 = 3 225 (2 es par) sería 3 220

OBSERVACIÓN: En el redondeo se inicia desde la última cifra de la derecha hasta donde sea conveniente, para el caso del resultado el número de cifras significativas (CS) debe ser igual al menor número de cifras significativas (CS) de cualquiera de los factores empleados.

Así calcularemos el valor de “J”:

Ejecutando convenientemente:

3,12 = 31,2x10^–1……………………………… 3 CS

0,0747 = 0,075 → 0,075 = 75x10^–3...... 2CS

300,14 = 300,0 → 300,0 = 300... 3CS (ó 1CS: 3,0x102)

62,4 = 62,4....................................... 3CS

Ahora podemos reemplazar en “J”:

Pero debe existir en la respuesta 2CS (por ser el menor de los datos o factores en J)

Luego 12,5x10^–6 = 1,25x10^–5; por lo que la respuesta sería: 1,2x10^–5

DEFINICIONES BÁSICAS

MAGNITUD: Propiedad física, que puede ser medida directa o indirectamente.

DIMENSIÓN: o CANTIDAD, es el contenido físico de una magnitud.

UNIDAD: cantidad definida y escogida como patrón o prototipo con fines de medir dimensiones.

MEDIR: Comparar una magnitud con una unidad de la misma especie.

MEDIDA: Es abstracto, es la expresión de las veces de una dimensión o magnitud que contiene a la unidad, así: MEDIDA = MAGNITUD/UNIDAD

CANTIDAD: Se define como: (MEDIDA) X (UNIDAD)

EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.I)

Es un moderno y resumido sistema derivado de una propuesta realizada durante la revolución francesa, por la academia francesa de ciencias en 1790, cuyo sistema original plantea:

• Los nombres de las unidades básicas en general no tiene prefijo a excepción del kilogramo (unidad de masa).

• El resultado de una operación debe presentarse en función del numeral que tenga el menor número de decimales.

• El uso de cifras significativas (CS) se da para señalar la precisión de las medidas.

El S.I fue legalmente establecido el 8 de Noviembre de 1967 en España mediante la ley de pesas y medidas, la cual consta de siete unidades fundamentales, 2 suplementarias y sus derivadas que se obtienen por multiplicación o división de las unidades fundamentales y/o suplementarias.

De estas unidades se puede lograr obtener algebraicamente las unidades derivadas, como por ejemplo la que se registra en el cuadro siguiente:

OBSERVACIÓN: Los símbolos de las unidades no admiten plural y no se admite la colocación del punto después del símbolo de las unidades.

Así es CORRECTO:

43mm, ó cuarenta y tres milímetros

NO ES CORRECTO:

43mm. ó cuarenta y tres mm

Existen valores numéricos que acompañan a las unidades patrón, estos valores se denominan prefijos, los cuales podemos observar en el siguiente cuadro:

Con el empleo de los prefijos podemos hacer una serie de procedimientos, así si nos piden transformar 45pm (45picómetros) a nm (nanómetros) procederíamos así:

Se observa que p (pico) equivale a 10^–12 y n (nano) equivale a 10^–9, para ello emplearemos un sutil artificio:

45pm = 45x10^–12m

Ordenando convenientemente sería: 45x10^–3x10^–9m = 45x10^–3nm

¿qué le parece?, en notación científica sería: 4,5x10^–2nm

Otro ejemplo podría plasmarse cuando se le pide convertir 789fm (789femtómetros) a Gm (gigámetros), para ello procedemos así:

Se observa que f (femto) equivale a 10^–15 y G (giga) equivale a 10⁹, para ello emplearemos un sutil artificio:

789fm = 789x10^–15m

Ordenando convenientemente sería: 789x10^–24x10⁹m = 789x10^–24Gm

¿qué tal, fácil verdad?; en notación científica sería: 7,89x10^–22Gm

En química, generalmente se labora en función al sistema absoluto que difiere del sistema técnico para ello veamos el siguiente cuadro:

Se observa: F.P.S.: Foot (pie) – Pound (Libra (Lb)) – Second (segundo)
U.T.M.: Unidad técnica de masa

A continuación observa alguna de las equivalencias más importantes:

Se pueden convertir unidades mediante el factor rotula (o factor unitario) que no es más que la aplicación del F.U.C (Factor Unidad de Conversión). Así, por ejemplo como convertimos 11Lb a gramos.
Sabemos que 1kg = 2,2Lb y además 1kg = 1000g; luego:

Entonces: 11Lb equivale a 5,0x10³ g

Bien. Ahora estamos listos para ir a nuestra sección de práctica...

MODELOS ATÓMICOS

2011-05-13T16:14:00.111-05:00

Los modelos atómicos son representaciones de las estructuras del átomo, las cuales estan pensadas desde una perspectiva matemática y experimental, es así que tenemos:

Teoría de Dalton: El profesor y químico británico John Dalton estaba fascinado por el “rompecabezas” de los elementos. Es así que a principios del siglo XIX estudió la forma en que los diversos elementos se combinan entre sí para formar compuestos químicos. Aunque antigüamente, ya los filósofos Griegos, habían afirmado ya que las unidades más pequeñas de una sustancia eran los átomos por lo que se les conocierón como los Atomistas, sin embargo se considera a Dalton una de las figuras más significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo cuantitativo. Mostró que los átomos se unían entre sí en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los átomos suelen formar grupos llamados moléculas. Cada molécula de agua, por ejemplo, está formada por un único átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) unidos por una fuerza eléctrica denominada enlace químico, por lo que el agua se simboliza como HOH o H₂O.

Todos los átomos de un determinado elemento tienen las mismas propiedades químicas. Por tanto, desde un punto de vista químico, el átomo es la entidad más pequeña que hay que considerar. Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y neón, son inertes, es decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones especiales. Al contrario que el oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas (formadas por dos átomos), el helio y otros gases inertes son elementos monoatómicos, con un único átomo por molécula.

ÁTOMO DE DALTÓN, Indestructible

Modelo de Thomson: Planteo el primer modelo atómico, en el cual se sugiere que el átomo consistía de una esfera de carga eléctrica positiva en la que se distribuía una cantidad igual de carga negativa en forma de pequeñas partículas a las que denomino como electrones, las cuales se hallaban vibrando. Estas ideas surgen a partir de los estudios electroquímicos a lo largo del XIX y por los eventos con radiación X, que se habían realizado.

Es aquí donde se observa que la cantidad de carga positiva en cada átomo se supondría igual al número atómico del átomo Z - valor entero- y para cumplir con la condición de que el átomo sea eléctricamente neutro debe haber un número igual de electrones.

ÁTOMO DE THOMSON: Budín con pasas

Modelo de Rutherford: El descubrimiento de la naturaleza de las emisiones radiactivas permitió a los físicos profundizar más, en el átomo, que según se vio consistía principalmente en espacio vacío, es decir casi el 99,999% estaba vacío. Se observó que en el centro de ese espacio se encuentra el núcleo, que sólo mide, aproximadamente, una diezmilésima parte del diámetro del átomo.

Ernest Rutherford dedujo que la masa del átomo está concentrada en su núcleo. También postuló que los electrones, de los que ya se sabía que formaban parte del átomo, se movían en órbitas alrededor del núcleo. El núcleo tiene una carga eléctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del núcleo, por lo que el estado eléctrico normal del átomo es neutro.

ÁTOMO DE RUTHERFORD: Sistema solar miniatura

Modelo de Bohr: Para explicar la estructura del átomo, el físico danés Niels Bohr desarrolló en 1913 una hipótesis conocida como teoría atómica de Bohr. Bohr supuso que los electrones están dispuestos en capas definidas, o niveles cuánticos, a una distancia considerable del núcleo. La disposición de los electrones se denomina configuración electrónica. El número de electrones es igual al número atómico del átomo: el hidrógeno tiene un único electrón orbital, el helio dos y el uranio 92. Las capas electrónicas se superponen de forma regular hasta un máximo de siete, y cada una de ellas puede albergar un determinado número de electrones. La primera capa está completa cuando contiene dos electrones, en la segunda caben un máximo de ocho, y las capas sucesivas pueden contener cantidades cada vez mayores. Ningún átomo existente en la naturaleza tiene la séptima capa llena. Los “últimos” electrones, los más externos o los últimos en añadirse a la estructura atómica, determinan el comportamiento químico del átomo.

Todos los gases inertes o nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón y radón) tienen llena su capa electrónica externa. No se combinan químicamente en la naturaleza, aunque los más pesados (argón, criptón, xenón y radón) pueden formar compuestos químicos en el laboratorio. Por otra parte, las capas exteriores de los elementos como litio, sodio o potasio sólo contienen un electrón. Estos elementos se combinan con facilidad con otros elementos (transfiriéndoles su electrón más externo) para formar numerosos compuestos químicos. De forma equivalente, a los elementos como el flúor, el cloro o el bromo sólo les falta un electrón para que su capa exterior esté completa. También se combinan con facilidad con otros elementos de los que obtienen electrones.

Las capas atómicas no se llenan necesariamente de electrones de forma consecutiva. Los electrones de los primeros 18 elementos de la tabla periódica se añaden de forma regular, llenando cada capa al máximo antes de iniciar una nueva capa. A partir del elemento decimonoveno, el electrón más externo comienza una nueva capa antes de que se llene por completo la capa anterior. No obstante, se sigue manteniendo una regularidad, ya que los electrones llenan las capas sucesivas con una alternancia que se repite. El resultado es la repetición regular de las propiedades químicas de los átomos, que se corresponde con el orden de los elementos en la tabla periódica.

Resulta cómodo visualizar los electrones que se desplazan alrededor del núcleo como si fueran planetas que giran en torno al Sol. No obstante, esta visión es mucho más sencilla que la que se mantiene actualmente. Ahora se sabe que es imposible determinar exactamente la posición de un electrón en el átomo sin perturbar su posición. Esta incertidumbre se expresa atribuyendo al átomo una forma de nube en la que la posición de un electrón se define según la probabilidad de encontrarlo a una distancia determinada del núcleo. Esta visión del átomo como “nube de probabilidad” ha sustituido al modelo planetario.

ÁTOMO DE BOHR: Se baso en el átomo de Hidrógeno

UNA PERSPECTIVA HISTÓRICA DE LAS CIENCIAS QUÍMICAS

2011-04-27T21:46:00.262-05:00

No existe un dato exacto de su aparición pero se especula con la aparición del fuego, en la etapa en la cual el hombre comienza su etapa de sedentarismo, está ciencia considerada no como tal, sino en tiempos inmemoriables, era considerada como algo mágico.

Durante el transcurrir de la historia del hombre, este ha tratado de superarse modificando el lugar en la cual se encuentra, pero esto esfuerzos han traído como consecuencia resultados inesperados. Cuando el hombre comienza su esta sedentaria, en parte se debe a la agricultura, esta nos proporciona algunos hechos de como el hombre modifico su lugar, como lo ocurrido hacía unos 2000a.d.c por los suemerios del bajo valle del Tigris - Eufrates, que al construir un sistema de regadíos y almacenaje de control del agua empleado para áreas secas y de cultivo no se percataron que al desplazarse el agua levantaba las sales de los suelos, con el tiempo el contenido salino aumento provocando que los cultivos no se desarrollarán. Los Babilonios sucesores de los Sumerios pagaron las consecuencias de este error.

La Química como ciencia comenzó a partir del siglo XVII. Pero antes, fueron los Chinos, Egipcios, Griegos y los Alquimistas los que contribuyeron a su desarrollo principalmente. En un inicio trabajaban metales nativos como el oro (Au), cobre (Cu) a los que le daban forma, su uso progresivo del cobre, bronce (aleación de Cu y estaño principalmente) y hierro dió origen a los nombres que los arqueólogos han aplicado a las distintas eras. En esas culturas se inicio también una tecnología química primitiva como el empelo de fijadores de tintes para diferentes tipos de tejidos, preparación de barnices y más adelante la fabricación del vidrio.

INTERESANTE

Demócrito de abdera, griego (s. V a.d.c) en uno de sus trabajos comentaría que la Luna presentaba cráteres y abismos, lo había observado con un TELESCOPIO PRIMITIVO basado en el empleo de LENTES con uso indiscutible del vidrio.

La mayoría de estos artesanos eran monjes que se daban tiempo para especular sobre los cambios en la naturaleza, sus teorías se basaban en la magia en la mayoría de veces, pero también elaboraban ideas astronómicas, matemáticas, físicas y cosmológicas que empleaban en sus intentos de explicar algunos de los fenómenos que hoy se consideran Químicos. las siguientes etapas de la historia de la química, presentan las siguientes épocas:

1. ÉPOCA PRIMITIVA (tiempos antiguos): Aproximadamente hace 2500a.d.c los primeros faraones que construyeron sus pirámides tuvieron que minar enormes cantidades de piedra, esto dejo sus huellas destructivas en el paisaje, pero a la par los antiguos Egipcios dominaron la metalurgia, cerámica, fabricarón jabones, vidrio, tintorería, elaboraron cosméticos y perfumes, para ellos la química era una ciencia divina reservandose su práctica a sacerdotes quienes lo ocultaban celosamente, sin embargo, Bizancio traslado estos conocimientos a Europa, luego a España que al ser conquistados por los Árabes (711a.d.c) estos cambiaron la palabra Química por Alquimia.

Alrededor del año 2200a.d.c los Chinos considerarón a la materia constituida de cinco elementos: metal, aire, tierra, fuego y madera, por el año 1200a.d.c propusieron la existencia del yin - yang para explicar los cambios de la naturaleza, hacía el año 600a.d.c descubrieron una mezcla explosiva (contenía nitrato de potasio) la cual emplearon en fuegos artificiales, cinco siglos después esta misma mezcla explosiva se empleo como pólvora, además dominaron técnicas de fabricación de la porcelana, descubrieron el salitre.

En la India por el siglo V a.d.c se descubrió un método para hacer el hierro resistente a la corrosión, el método llego a los Persas y luego a los Árabes, en fino acero de Damasco de las espadas empleadas en muchas guerras santas.

En América del sur, Perú, en su etapa preincaica se conocía la cerámica decorada, teñido de fibras textiles, embalsamiento de cadáveres, trepanaciones craneales empleando cuñas de plata, metalurgia del oro, plata considerada como arte sagrado. hasta principios de nuestra era eran conocidos siete metales (Cu, Hierro (Fe), Plata (Ag), Au, Plomo (Pb), Mercurio (Hg), Estaño (Sn)) y dos no metales, el carbono (C) y el azufre (S). La contribución de los griegos data del 600a.d.c al 200a.d.c, sin embargo, estas fueron especulativas, ya que no desarrollaron experimentación, pero es necesario resaltar a Aristóteles, 384a.d.c - 323a.d.c, este filósofo oscilante contempló la continuidad de la materia argumentada en que esta se constituye por cuatro elementos naturales: Aire, agua, tierra y fuego, estas estarían inmersas en la quinta esencia, el éter; y, a los Atomistas con Leucipo (significa Maestro) y Demócrito (significa discípulo) de Abdera discípulo de Leucipo de algunos magos Persas, por 460a.d.c - 370a.d.c quienes sostenían la discontinuidad de la materia, pues su última división era indivisible (en griego se dice átomo) e indestructible.

2. LA ALQUIMIA (del árabe alkimiya, derivado a su vez del griego khemeia (significa jugo de una planta): (IVa.d.c - XVId.c): precursores de los químicos modernos, su auge se dio en la edad media. Los alquimistas fijaron su objetivo en lograr la PIEDRA FILOSOFAL (sustancia que transforma a metales ordinarios en Au al contacto); La razón era el económico, el oro, implica poder. Su otra preocupación era buscar el ELIXIR DE LA VIDA (Sustancia líquida que preservaría al hombre de las enfermedades, de la muerte, conservándole en eterna juventud); La razón era la inmortalidad debido al temor constante de que eran perseguidos como practicantes de la magia negra, tiempos de la santa inquisición, de iluminates y sociedades secretas...

A los alquimistas árabes del siglo VIII y IX, Jabiribn Hayyan y Rhazes se debe la teoría de que los metales están formados por cualidades: el carácter metálico y la volatilidad (representado por el Hg), la combustibilidad (representado por el S) y luego se introduciría la solidez y solubilidad (representada por la sal), al Hg, S y sal se denominó "tria prima". Los alquimistas aportaron el termino elemento a la química. Entre alquimistas árabes de renombre tenemos a: Abou moussah dlafar al sofi geber (o Geber) escribió "summa perfectionis" (tratado de química más antiguo); Rhazes, Avicena y Averroes, se les atribuye el descubrimiento de la sal amoniacal, aceite de vitriolo, agua fuerte, agua regia, etanol... En occidente tenemos alqumistas a San alberto magno (1206 - 1280) conocido como Doctor universal (considerado el Aristóteles de la edad media) descubre y elabora teorías en su tratado de "Alchímiac" (Alquimia) ataca frontalmente a los alquimistas. Roger bacon (1214 - 1294) en su obra "Speculum Alchímiac" sostiene que hay un aire que es alimento del fuego y otro que lo apaga, trabajo también sobre óptica; Santo tomás de aquino (1225 - 1274) conocido como el Doctor angélico, escribió sobre los minerales; Raimundo lulio (1235 - 1315) denominado el Doctor iluminado, presto atención sobre productos volátiles de la descomposición de los cuerpos.

La influencia de Aristóteles se debilito hacía el siglo XIV con la experimentación basada en la observación, los trabajos científicos y tecnológicos se expandieron rápidamente con la invención por el año 1450 de la imprenta con tipos móviles; Por el siglo XVI este resultado se hizo más visible.

Los Alquimistas al margen de sus relaciones con el simbolismo, misterio y magia aportaron en el desarrollo de técnicas y dispositivos químicos para el estudio de la naturaleza de la materia que ellos elaborarían acorde a sus necesidades.

3. LA IATROQUÍMICA (XVId.c - XVIId.c): Debido al fracaso de los alquimistas en sus objetivos y siendo tipificados estos como usureros y charlatanes, la química en esta época se convierte en una disciplina auxiliar de la medicina.

El influyente más notable fue el médico suizo Felipo aureolo teofrasto bombast de hohenheim conocido como Paracelso (1493 - 1541), de lenguaje sarcástico frente a sus colegas, este alquimista y profesor efectuó experimentos para encontrar remedios químicos específicos contra enfermedades particulares, tuvo éxito. Georg agrícola (1496 - 1555), médico inglés en su obra "De re metallica" expone sus conocimientos metalúrgicos, elaboró ácidos con el que se analizó minerales (era el inicio de la química analítica); Van helmont (1577 - 1644), médico Belga estudió el crecimiento de las plantas, invento el término GAS, estudiando el Gas silvestre (gas carbónico, CO2), los iatroquímistas sostenían que el "proceso vital" es químico, además que el ser humano esta constituido de tres elementos: Hg, S y sal. Así la peste y la fiebre señalan una jerarquía irregular del Hg, la diarrea es predominio de la sal al igual que el derrame o acumulación anormal de líquido seroso (conocido como hidropesia). Las boticas se convierten así en dinámicos lugares de experimentación y elaboración de medicamentos, pero los iatroquímistas y su terapéutica no siempre tuvieron éxito con sus pacientes.

A finales del siglo XVII se inicio el renacimiento científico, con Francisco bacon (1561 - 1628) con su obra "Novum organum" introduce la observación como método experimental; Descartes (1596 - 1650), filósofo Francés, en su obra "Discurso del método" establece las bases del método científico. En su obra "The sceptical chemist" (El químico escéptico) Robert boyle (1627 - 1691) establece el concepto moderno de elemento y compuesto (mixto), diferencia a una mezcla de una combinación, estudia la compresibilidad de los gases, descubrió el sulfhidrato amónico (Licor de boyle), es el primero en adoptar la teoría atómica para explicar los fenómenos químicos, era un opositor de los alquimistas en cuanto el uso que le deban a esta ciencia.

4. EL FLOGISTO (1700 - 1774): Es la etapa de la independencia Química de la Medicina fijándose como disciplina científica de la composición, transformación y desdoblamiento de los cuerpos, sus fenómenos, leyes y propiedades de los cuerpos en virtud de su composición. Su principal objetivo fue la de explicar el fenómeno de la combustión, concluyendo en la teoría del Flogisto, siendo el más destacado Guillermo ernest stahl (1660 - 1734), químico y médico Alemán; basado en las ideas del alquimista Alemán J. Johann becher (1635 - 1682) en la que sostiene:

Metal (en la combustión) PRODUCE Ceniza (desflogisto) + Flogisto

Para Stahl una sustancia será más rica en flogisto si arde con mayor facilidad y mayor llama, como el carbón que sería rico en flogisto. Al combustionar el azufre e hidrógeno (H) forma un ácido, esto motivó la idea de que ambos son combinación del ácido con flogisto, esta idea se extendió a los metales que por acción del calor forman óxidos. La concepción del flogisto permaneció por casi un siglo y sirvió de guía a grandes investigadores del siglo XVIII como: René A. Réaumur (en siderurgia), Andreas S. marggraff (obtención de minerales y azúcares), M. W. Lomonosov (experimento con metales, conservación de masa, explico propiedades de los cuerpos a partir de átomos y moléculas), Joseph black (química cuantitativa de gases), Karl W. scheele (descubrió el oxígeno (O2) y el cloro (Cl2)), Henry cavendish (descubrió el hidrógeno (H2) al que llamo aire desflogisticado, encontró que el O2 es un 20,8% del aire).

5. EL PADRE DE LA QUÍMICA MODERNA, LAVOISIER (1743 - 1794): Antoine lorentz lavoisier, brillante químico francés, explico la verdadera naturaleza de la combustión, destruyendo la teoría del flogisto, en su obra "Tratado elemental de química" publicada en 1789 crea las bases de la química moderna, del método científico y su importancia en su aplicación a als ciencias.

En 1777 expone la teoría de la combustión de acuerdo a los siguientets enunciados:

Los cuerpos materiales arden solo en aire puro.
El aumento de masa del cuerpo que se quema es igual a la pérdida de masa del aire.
los combustibles cambian generalmente por su combinación con el aire puro, menos en metales que dan sales metálicas.

Al experimentar sobre la combustión y oxidación surge la primera ley de cambios químicos, la ley de conservación de la materia, la obra de Lavoisier es extensisíma en el campo químico, nombro oxígeno (O) al gas que se encontraba en el aire que producía la combustión, descubrió que el aire era una mezcla gaseosa que contiene nitrógeno (N2) y oxígeno (O2). En 1789 Lavoisier publicó su obra "Taité elémentarie de chymie" (Tratado elemental de química) en dos tomos. La revolución química se contraponía con la revolución politica en el mundo.

6. LA QUÍMICA MODERNA: A principios de 1800 Jacobo Berzelius sostenia que las sustancias orgánicas poseen una FUERZA VITAL que solo pueden ser producidas en los seres vivos, pero en 1828 el químico Alemán Friederich Wöhler produce la urea, sustancia orgánica que obtuvo a partir de una sustancia inorgánica (cianato de amonio) al cual calento, poniendo fin a la "teoría vitalista", dando inicio a la Química orgánica, en esta época destacan Bunsen; Dumas; Frankland; Kekulé; kolbe; Liebig y Würtz.

La química moderna de a inicios del siglo XIX avanzo debido a la precisión de la química analítica; así en el Perú, el investigador Arequipeño Mariano E. de rivero y ustariz (1798 - 1857) realiza investigaciones sobre los auquenidos peruanos, analiza las aguas termales de Yura y Jesus, catalogado como el primer investigador científico del periodo prehispánico del Perú.

El inicio de la química actual se puede situar por 1887, coincidiendo con la publicación del químico Sueco Svante arrhenius sobre la teoría de la disociación electrolítica; Son numerosos los científicos que aportarón a la ciencia química actual como son: Adolf von Baeyer (1835 - 1917) el cual descubrió el índigo y sintetizó la quinoleína; Marcelino berthelot (1827 - 1907) investigo alcoholes y azúcares, sintetizo el acetileno; Emel fischer (1852 - 1919) descubrió el ácido urico y derivados de la purina; Dimitri I. mendeleiev (1830 - 1895) establecio la tabla periodica en base a los pesos atómicos de los elementos químicos; Wilhelm ostwald (1853 - 1932) contribuyo a la cinética química; Henry moseley (1887 - 1915) por difracción de rayos X sento los cimientos de la tabla periodica basada en el número atómico; Alfred nobel (1833 - 1896) invento la dinamita; Marie curie (1867 - 1934) descubrio los elementos radiactivos de Radio (Ra) y Polonio (Po); Niel bohr (1885 - 1962) sento las bases de la moderna concepción del átomo; Linus pauling (1901 - 1994) explico magistralmente los enlaces químicos, introduce el término de electronegatividad; Erwin Schrödinger (1887 - 1961) desarrollo una ecuación matemática para describir las relaciones de energía que existen para el comportamiento de los electrones. Así podría seguir enumerando, pero las aportaciones hechas a esta bella ciencia no se limitan hacia estos siglos sino que siguen produciéndose por diferentes científicos.

LA HUMANIDAD Y EL PROGRESO CIENTÍFICO

La raza humana enfrenta serios desafios sobre todo por el uso indiscriminado de la naturaleza debido a marcados intereses de poder y economía, el planeta Tierra es limitado, tal vez la salida en el futuro a otros planetas sea la clave de la supervivenvia de esta raza, pero aún el futuro es incierto, más aún cuando por el 2030 existe la probabilidad de que el agua consumible sea escazo, y la contaminación ambiental sea brutal, el ser humano debe usar sus conocimientos en emplear sistemas energéticos que le eviten modificar constantemente su medio en el que sobrevive.
Los hechos de la naturaleza carecen de moral, pues estas se establecen por igual, por ejemplo el azúcar se disuelve en agua cualquiera sea el estrato social. Las ciencias son cambiantes y sus aplicaciones queda del juicio de valor del ser humano.