Upload
orlando-granados-zuniga
View
236
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
AÑOS LUZ
Citation preview
AÑOS LUZ o cómo enamorarse de los elementos químicos en menos de una hora.Publicado en septiembre 27, PM de luisccq
Todo químico sabe (y si no eres químico puedes leer sobre ello en los
primeros temas de cualquier libro de Química general), que el espectro
de emisión de los elementos en estado gaseoso y a baja presión no es
continuo, sino que está formada por algunas frecuencias que se pueden
separar por métodos ópticos.
Si registramos en una placa fotográfica la radiación que ha sido
emitida por un elemento químico dado, previamente excitado por vía
térmica, se observan unas bandas de color (“rayas”) sobre un fondo
negro. Es el espectro de emisión del elemento y es único y exclusivo de
ese elemento. Es su huella dactilar. La forma inequívoca de identificar
al elemento. Su DNI.
Espectro de emisión
El grado de complejidad y la singularidad de los espectros (no hay dos
espectros iguales porque no hay dos elementos iguales) son reflejo de la
estructura interna de cada elemento, es decir, de sus átomos. Cada
raya corresponde a un tránsito electrónico permitido entre niveles de
energía cuantizados presentes en los átomos del elemento a estudiar. El
color de cada raya es una frecuencia y dependiendo del color, la
frecuencia será mayor o menor. Mayor frecuencia implica que el
tránsito responsable del color es más energético, es decir, que el nivel
de partida y el de llegada “están alejados”. El violeta es un color de
alta frecuencia (alta energía) mientras que el rojo, por ejemplo, es un
color de baja frecuencia (baja energía).
Dicho así, excepto para los enamorados de la Química (entre los que
me incluyo), no parece demasiado impactante o bello pese a que los
espectros fueron clave en la identificación de los elementos químicos y
marcaron un antes y un después en la forma de entender el átomo. Aun
así, parece difícil hacerles ver a nuestros amigos, alejados del mundo
de la Química, la belleza que se esconde en todo esto.
Ahora hay una forma de hacerlo. AÑOS LUZ. Se trata de una
exposición que actualmente puede visitarse en la Tabacalera del distrito
madrileño de Embajadores. Su creadora, la arquitecta Eugénia
Balcells, sumerge al asistente en un mundo oscuro para destacar la luz.
Tras atravesar las puertas de la exposición nos asustamos y tememos
caernos. Todo está oscuro pero tranquilo, no te caerás.
Pasamos a través de una sala donde una especie de “universo gigante”
gira ante nosotros, como si fuera posible ver el universo desde fuera.
Todo ello acompañado de una banda sonora basada en las frecuencias
emitidas por los cuerpos celestes (el sol, la luna, los planetas…)
captadas y transcritas por la NASA (recuerda que el sonido no puede
propagarse por el vacío pues es una onda mecánica, no una onda
electromagnética, y por tanto necesita un medio material para
propagarse…¡No podemos olvidar la Física!).
UNIVERSO
Tras abandonar lo que la autora llama UNIVERSO, llegamos a todo un
regalo visual para un químico. La tabla periódica “espectral”, recoge los
espectros de líneas de la gran mayoría de elementos de la tabla
periódica. Al fondo, FRECUENCIAS; una instalación que “entrecruza
los rastros de luz que identifican a cada elemento de la Tabla Periódica,
simulando la danza primigenia de las partículas que configuran la
materia”, en palabra de la propia autora.
VISLUMBRAR EL UNIVERSO,
en esta última zona de la exposición nos espera una breve película-
documental donde Eugènia Balcells conversa junto al astrónomo Marc
Balcells, director del Grupo de Telescopios Isaac Newton instalado en el
Observatorio Roque de los Muchachos (Canarias). ¿De qué se habla?
Universo, espectros y Ciencia. No te lo puedes perder…
AÑOS LUZ es una fusión de Química y arte. Una forma rápida (en
media hora o una hora como mucho habrás visto todo) y bella de
adentrarse en el corazón de los elementos. Descubrirles “llenos de
colores”. ¿Qué son esas rayas? o ¿por qué esos colores? Esas son
preguntas que cualquier no iniciado en el mundo de la Química o
nuestros propios alumnos, pueden hacernos. ¿Nuestra misión? Darles
respuesta. ¿Quién dijo que la Química no es arte? Tienes hasta el 18 de
noviembre para comprobarlo. ¡No lo dejes pasar!Lavoisier y el oxígeno (1776)Publicado en abril 19, AM de quimicasociedad
Hoy hace 236 años (19 de abril de 1776) que Antoine-Laurent
Lavoisier (1743-1794) presentó, en la Real Academia de Ciencias de
Francia, sus investigaciones sobre la combustión; reclamando la
prioridad del descubrimiento del oxígeno al identificar su papel
fundamental en la combustión. Aunque el oxígeno fue aislado unos años
antes, independientemente, por Carl Wilhem Scheele (1742-1786)
y Joseph Priestley (1733-1804); estos no interpretaron correctamente
su comportamiento químico. La prioridad del descubrimiento ha sido
teatralizada en la obra Oxigeno, escrita por Roald Hoffmann y Carl
Djerassi.
Lavoisier nació en el seno de una familia acaudalada. Aunque obtuvo un
título de licenciado en leyes, nunca llegó a ejercer como tal. Desde
joven se interesó por la ciencia y recibió clases en diversas disciplinas.
Se interesó por la política, llegando a ser administrador de la Ferme
Générale, una institución de carácter semi-feudal que recolectaba
impuestos por mandato real.
En sus investigaciones contó con la ayuda inestimable de su
esposa Anne-Marie Paulze(1758-1836), que colaboró con Lavoisier en
experimentos, ilustró sus publicaciones y tradujo numerosos textos
escritos por los químicos ingleses de la época.
Entre las aportaciones de Lavoisier hay que destacar las siguientes:
1) Rigor en las medidas. Perfeccionó las balanzas para hacer pesadas
precisas.
2) En su libro Réflexions sur le phlogistique (1983) derribó la teoría
del flogisto debido a su inconsistencia para explicar hechos
experimentales.
3) Estableció firmemente el concepto de elemento químico (el que no se
puede descomponer en partes más pequeñas) a diferencia de la
sustancia compuesta. Caracterizó como elemento químico el oxígeno, el
nitrógeno, el hidrógeno, el fósforo, el mercurio, el zinc y el azufre.
4) Comprobó que cuando un metal se oxida al aire, la ganancia de peso
del material obtenido respecto al metal es igual al peso que pierde el
aire.
5) También realizó experimentos en sentido contrario. Liberó oxígeno
de algunos compuestos como el óxido de mercurio (repitiendo el
experimento de Priestley) y comprobó que el peso perdido por el óxido
era igual al ganado por el ambiente que le rodeaba.
6) Estos experimentos le llevaron a formular la ley de la conservación
de la masa, que cronológicamente fue la primera ley básica en
química, enunciada en 1775. La ley afirma que la masa ni se crea ni se
destruye, sólo se transforma.
7) Identificó inequívocamente el papel del aire en la combustión y
oxidación. Repitió los experimentos de químicos anteriores sobre el aire
y sus componentes, dando nombre al oxígeno y al nitrógeno (azote, que
significa ‘sin vida’ en griego, y que actualmente es el término en
francés para el nitrógeno). La importancia del oxígeno para explicar las
reacciones químicas fue magistralmente desvelada por Lavoisier en
1776, por lo que frecuentemente se considera a Lavoisier el
descubridor del oxígeno. La historia del descubrimiento del oxígeno
lleva a la reflexión sobre el descubrimiento científico y la consciencia
de haber descubierto algo.
8 ) El nombre oxígeno procede de las palabras griegas oxys (ácido) y
genos (generación). Propuso la teoría de que el oxígeno en una
sustancia química producía la acidez de la misma; puesto que en
aquella época, todas las sustancias con carácter ácido contenían
oxígeno. Décadas después se encontró que esta regla no es general.
9) En 1783 anunció que el agua está constituida por la combinación de
hidrógeno y oxígeno, redescubriendo el resultado obtenido previamente
por Henry Cavendish (1731-1810). Renombra el gas inflamable de
Cavendish como hidrógeno (generador de agua en griego).
10) En colaboración con el matemático Pierre-Simon de
Laplace (1749-1827), realizó experimentos de calorimetría para
determinar el calor desprendido en las reacciones químicas,
especialmente en la producción de dióxido de carbono; que comprobó
que se formaba tanto al quemar una sustancia química con carbono
como en la respiración; proponiendo que ésta era una combustión lenta.
11) Probó que la composición química del carbón (el combustible usado
en la época) y el diamante era la misma: carbono puro. Esto lo realizó
quemando ambas sustancias (usando la luz del Sol), comprobando que
se formaba la misma sustancia química (dióxido de carbono) y en la
misma cantidad. Estos experimentos fueron corroborados y
perfeccionados posteriormente por Smithson Tennant (1761-1815).
12) En su libro Méthode de nomenclature chimique (1787) elaboró
un sistema de nomenclatura, lo que facilitaría el intercambio de
información de una manera más precisa. La mayoría de la
nomenclatura de Lavoisier está aún en uso.
13) En su libro Tramité Élémentaire de Chimie (1789) sistematizó
los conceptos químicos conocidos en la época.
14) Colaboró en la instauración del Sistema Métrico Decimal.
Los numerosos resultados alcanzados por Lavoisier le proporcionaron
gran prestigio entre la comunidad científica. Sin embargo, su vida y
trayectoria científica fueron trágicamente segadas como consecuencia
de la Revolución Francesa, que le condenó por sus actividades como
recaudador de impuestos. A pesar de los ruegos para que se perdonara
su vida en consideración a sus grandes aportaciones científicas, fue
decapitado el 8 de mayo de 1794. Fue una gran pérdida para la
química. El matemático Joseph-Louis de Lagrange(1736-1813) dijo
“bastó un instante para separar su cabeza del cuerpo, Francia no
producirá otra cabeza igual en un siglo“.¿Es el ácido ortobórico un ácido de Brönsted-Lowry?Publicado en enero 27, AM de luisccq
Desde el momento que escribimos H3BO3 comienza la duda. Por su
fórmula química (y si comparamos con el ácido ortofosfórico, H3PO4, por
ejemplo) puede parecer un ácido triprótido o triprótico (con 3 átomos
de hidrógeno ácidos, “3 protones” en la jerga del químico) pero lo cierto
es que no (ver nota 4). El ácido ortobórico no es un ácido
triprótico. Es más, el estudio del comportamiento ácido-base del
ácido ortobórico va más allá de la teoría de Brönsted-
Lowry (recuerda que las teorías ácido-base más empleadas en Química
fueron explicadas en Nunca le preguntes a un químico qué es un ácido
o una base si tienes prisa). Llegamos a una “polémica química”: para
muchos químicos, el ácido ortobórico no debe ser considerado un
ácido de Brönsted-Lowry propiamente dicho. ¿Cómo es posible?
Seguro que todos hemos leído en muchos libros reacciones de este tipo
(ver nota 5):
H3BO3 (ac) + H2O (l) ⇌ H2BO3- (ac) + H3O+ (ac)
Incluso algunos libros antiguos de Química consideraban HBO2 como
fórmula para el ácido bórico a fin de poner de manifiesto que el ácido
bórico “sólo cede un protón” (ver nota 2).
HBO2 (ac) + H2O (l)⇌ BO2-(ac) + H3O+ (ac)
No obstante, esto es incorrecto pues el HBO2 no es el ácido
ortobórico sino el ácido metabórico (el prefijo orto suele omitirse en
los oxoácidos de B, P, As, Sb y Si). Entonces, ¿qué ocurre con el ácido
ortobórico?¿Cómo explicar que una disolución acuosa de ácido
ortobórico tenga pH<7? En definitiva, ¿cómo justificar la acidez del
ácido ortobórico?
Modelo molecular del ácido ortobórico elaborado por Sergio Cuesta
Galisteo, un olímpico de la Química (¡literalmente!), que rápidamente
dio con la respuesta a la acidez del ácido ortobórico a través
de @ehfdquimica. Tal y como nos adelantaba Sergio: “Ese orbital p
vacío Lewis Moreno”.
Para responder a esta pregunta, que surge tanto en Bachillerato
(ver nota 1) como en las enseñanzas universitarias (ver nota 2),
debemos atender al átomo central de esta especie: el boro. El boro
presenta hibridación sp2, estando unido a 3 grupos OH en la molécula
de ácido ortobórico. Así, en lugar de H3BO3, podríamos escribir
perfectamente B(OH)3, lo cual concuerda con el
nombre trihidroxidoboro de acuerdo con la nomenclatura de adición
según las normas de Formulación y Nomenclatura IUPAC (libro rojo)
actuales (ver nota 3). Visto así podía parecer un hidróxido y podríamos
pensar que es una base… ¡Pero no!
En estado sólido, las moléculas de ácido ortobórico se unen mediante
enlaces de hidrógeno formando capas, las cuales se unen entre sí
mediante fuerzas de Van der Waals; lo que explica que el ácido
ortobórico sea empleado como lubricante y que tenga tacto resbaladizo.
Fuente: Cerawiki.
El B(OH)3 actua como ácido de Lewis o mejor dicho, en todo rigor, el
átomo de B actúa como ácido de Lewis debido a que presenta un orbital
2pz vacío y estable que puede alojar un par de electrones aportado por
el oxígeno de una molécula de agua (base de Lewis). Así se forma la
especie B(OH)3(H2O) que es el auténtico ácido de Brönsted-
Lowry (equivale a un ácido monoprótico de pKa= 9, un ácido bastante
débil) pues cede un protón a una molécula de agua, formando la
especie B(OH)4-.
Las reacciones correctas serían por tanto:
B(OH)3 (ac) + H2O (l)⇌ B(OH)3(H2O) (ac)
B(OH)3(H2O) (ac) + H2O (l)⇌ B(OH)4- (ac) + H3O+ (ac)
Lo que en ocasiones se suele escribir como:
B(OH)3 (ac) + 2H2O (l) B(OH)4− (ac) + H3O+(ac)
Ecuación química que resulta de sumar las dos ecuaciones químicas
superiores y algo engañosa, pues si no se tiene en cuenta de qué
ecuaciones químicas procede puede confundirnos ya que da la
impresión de que es la molécula de ácido ortobórico la que cede el
protón… ¡Y no es así! Al menos, de forma preferente. (ver nota 5)
Ácido ortobórico preparado por Javier Corpas Pardo (@javicorpas94),
joven estudiante de Química de la Universidad Autónoma de Madrid
con gran pasión por la Química que nos envió las imágenes
a @ehfdquimica.
Sin duda, una Química particular (como toda la Química del boro) que
si no se conoce puede llevar a error. Un ácido para comentar en clase.
¡Hay mucha Química curiosa detrás de este ácido
“doblemente” engañoso!
Notas:
1) Para la enseñanza preuniversitaria: Cabe destacar que aunque la
mayoría de libros de texto de Química de 2º de Bachillerato (primer
curso en el que se estudia la Química ácido-base con más detalle en el
temario español) no incluyen la Teoría ácido-base de Lewis, los libros
de Química para 2º Bachillerato de la editorial SM y de la editorial
Bruño incluyen una explicación bastante elaborada sobre la teoría
electrónica de ácidos y bases (Gilbert Newton Lewis, 1938), no incluida
en los temarios oficiales de Química de 2º Bachillerato ya que aunque
el BOE sí contempla la revisión de la interpretación del carácter ácido-
base de una sustancia, la mayoría de textos se centran en
las reacciones de transferencia de protones, que sí aparecen
recogidas en el temario de forma explícita, lo que implica trabajar con
las teorías de Arrhenius y de Brönsted-Lowry en exclusividad.
2) Para la enseñanza universitaria: En las asignaturas de Química
General, Equilibrios iónicos y aplicaciones analíticas, Química Analítica
y cálculos químicos en disolución de los primeros cursos de Grado en
Química y en Ciencias suele adoptarse la postura de considerar al ácido
ortobórico como HBO2 (aunque es erróneo) y realizar los cálculos como
si se tratase de un ácido monoprótico. Aunque los resultados numéricos
son los mismos (se obtiene el mismo valor de pH al resolver los
problemas), es especialmente importante no incurrir en esta mala
práctica pues estaríamos aplicando una teoría química, la teoría
de Brönsted-Lowry, más allá de sus “condiciones de contorno”; un error
que en Ciencia no debemos cometer.
Fragmento de apéndice con valores de pKa de varios ácidos en el que
podemos observar la formulación incorrecta del ácido (orto)bórico.
También se incluye al ácido carbónico en esa lista. ¿Podemos
considerar al ácido carbónico como una especie química real en
disolución? Otro tema químico “polémico”, que se sigue discutiendo, y
que abordaremos más adelante en este espacio.
3) Las normas de Formulación y Nomenclatura
Inorgánica mencionadas en el artículo se pueden encontrar en la web
de la IUPAC (en inglés). En FisQuiWeb puedes encontrar varias
recomendaciones didácticas elaboradas por Luis Ignacio García, muy
recomendables. También puedes encontrar una tabla resumen en los
modelos de exámenes PAU de Química de la Comunidad de Madrid (el
modelo 2013-2014 se encuentra disponible en este enlace).
4) Aunque es habitual hablar de protones, catión hidrógeno (H+),
realmente esta especieno tiene existencia en disolución y por ello
debemos escribir H3O+ en todas las reacciones de disociación ácida en
medio acuoso. Ello no excluye la formación de especies hidratadas
superiores aunque a efectos de estudio de fenómenos ácido-base, el
catión oxonio o hidronio (H3O+) suele ser el considerado habitualmente.
5) Algunos libros, sobre todo clásicos, de Química Inorgánica sostienen
que el ácido ortobórico sí puede actuar como ácido de Brönsted-Lowry
con un valor de pKa=9,22. No obstante, aunque la reacción se produzca,
es más recomendable en términos químicos actuales, el estudio de la
acidez del ácido ortobórico atendiendo a la teoría electrónica ácido-
base de Lewis para la formación de la especie B(OH)3(H2O), ácido de
Brönsted-Lowry con mayor tendencia a ceder un protón (pKa=9) que la
molécula de ácido ortobórico de la que procede (pKa=9,22), que además
conduce a la formación de B(OH)4-, especie presente en disoluciones
acuosas de ácido bórico y que además tiene existencia en estado sólido.
6) Este post participa en la edición Ga del Carnaval de Química que
organizaZTFnews.Elementos químicos: el hidrógeno.Publicado en agosto 31, PM de quimicasociedad
El hidrógeno (símbolo: H) es el átomo más sencillo que existe. Sólo un
protón en su núcleo y un electrón alrededor de él. El hidrógeno ha sido
muy importante en el desarrollo de los fundamentos de la Química: la
explicación de las estructuras atómicas y molecular.
El protón es una partícula subatómica con carga positiva y el electrón
es una partícula subatómica con carga negativa. La tercera partícula
subatómica importante es el neutrón que también está en el núcleo
atómico y que es neutra eléctricamente. El protón y el neutrón tiene
aproximadamente la misma masa. El electrón es mucho más ligero
(aproximadamente 1836 veces en reposo).
La principal característica de un elemento químico es el número de
protones del núcleo, que se define como el número atómico. Puesto que
la masa del protón y del neutrónes aproximadamente iguales, la suna
del número de protones y neutrones es, redondeando a números
enteros, la masa atómica (también frecuentemente denominado peso
atómico). La masa de los electrones se desprecia a la hora de calcular
la masa de los átomos.
Los elementos químicos pueden tener más de un tipo de átomos, que se
conocen como isótopos. Los isótopos son los átomos de un elemento
químico que, teniendo el mismo número de protones (que define el
elemento en cuestión), poseen diferente número de neutrones; por lo
tanto, masas distintas.
El hidrógeno es el componente más abundante del universo,
constituyendo aproximadamente el 75% de la masa conocida y más del
90% de los átomos del universo. El hidrógeno (número atómico, 1), el
helio (número atómico, 2) y el litio (número atómico, 3) fueron los tres
elementos que se formaron en el big-bang . Todos los elementos
químicos naturales (hasta el número 92 en la tabla Periódica) se
formaron como consecuencia de la nucleosíntesis tras el big-bang,
primero el hidrógeno, luego el helio y, así sucesivamente, los elementos
más pesados según su número atómico.
Las estrellas están principalmente constituida por hidrógeno en forma
de plasma (un estado de la materia distinta a las habituales que
conocemos: gas, líquido o sólido). En un plasma hay separación de
iones. En las estrellas, los núcleos de hidrógeno (cargados
positivamente) están agrupados y los electrones (cargados
negativamente) están separados de los núcleos. Este estado de la
materia tiene una altísima conductividad eléctrica. El núcleo del Sol
está formado por hidrófgeno, altamente comprimido y a muy alta
temperatura (13 millones de grados). La densidad del núcleo del Sol es
aproximadamente de 200 kg/l (compara con la densidad del hidrógeno
en condiciones normales de presión y temperatura, que es de 0’00009
kg/l, 2’2 millones de veces menor. En estas condiciones, los nucleos de
hidrógeno se fusionan. De esta fusión niclear se genera gran cantidad
de energía (lo que se pretende hacer en las plantas de fusión nuclear,
como elITER). La radiación generada en el núcleo del Sol tarda un
millón de años en alcanzar la superficie de la estrella. El Sol convierte
600 millones de toneladas de hidrógeno en helio por segundo,
convirtiendo alrededor de 5 millones de toneladas de materia en
energía (según la ecuación de Einstein, E = mc2.
El hidrógeno (elemento de número atómico = 1, ocupando el primer
lugar en la Tabla Periódica) tiene tres isótopos; que difieren en el
número de neutrones del núcleo, pudiendo ser cero, uno o dos. El que
tiene un solo protón se denomina hidrógeno (o protio, un término poco
usado) y es el isótopo más abundante. Se denota por 1H (el superíndice
indica el peso del isótopo = número de protones + número de
neutrones). El otro isótopo del hidrógeno es el deuterio, que tiene un
protón y un neutrón en el núcleo, simbolizándose por2H. La proporción
de isótopos del hidrógeno en nuestro planeta es de entre 12500 y 1800
átomos de protio por cada átomo de deuterio (dependiendo del
compuesto químico y de su origen). El deuterio fue aislado por Harold
Urey en 1931, recibiendo el Premio Nobel en 1934.
Existe un tercer isótopo del hidrógeno (el tritio, 3H) que tiene dos
neutrones en el núcleo. Es mucho menos abundante que el deuterio. Se
forma por la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera terrestre.
También se genera intencionadamente en reactores nucleares, pues
tiene aplicaciones en investigaciones químicas, físicas y biológicas.
Un átomo, para mantener su neutralidad eléctrica, tiene que tener el
mismo número de electrones que de protones. Si uno de ellos está en
exceso, se forman los iones, que pueden ser negativos o positivos,
dependiendo de que haya más electrones que protones (iones negativos
o aniones) o menos electrones que protones (iones positivos o cationes).
Excepto en el caso de los gases nobles más ligeros, que se encuentran
en estado monoatómico; el estado normal de todas las sustancias
químicas es formar moléculas: los átomos quieren combinarse entre sí,
compartiendo electrones que forman los enlaces químicos. Aunque el
hidrógeno se puede generar en estado atómico, esto se consigue en
condiciones muy especiales. La forma en la que el elemento químico
hidrógeno se encuentra en la naturaleza es en forma de una molécula
con dos átomos de hidrógeno, generando la molécula de dihidrógeno
(H2, dónde el subíndice indica cuantos átomos están combinados en esa
estructura), frecuentemente denominada sólo “hidrógeno” o “hidrógeno
molecular”. El dihidrógeno es un gas con un punto de ebullición de 20 K
y con punto de fusión de 14 K a presión atmosférica.
El hidrógeno fue generado en el siglo XVII por Robert Boyle al tratar
ciertos metales, como zinc o hierro, con ácidos fuertes; y fue aislado
por Henry Cavendish en 1766. El dihidrógeno se produce
industrialmente por reacción de metano con agua generando una
mezcla de monóxido de carbono (CO) y H2, que se denomina gas de
síntesis (que también se puede obtener a partir de carbón). También se
puede generar por electrolisis de la molécula de agua.
La principal aplicación industrial del hidrógeno es la producción del
amoniaco; el compuesto químico más importante en la fabricación de
abonos y fertilizantes, que mejoran nuestras cosechas proporcionando
alimentos.
El dihidrógeno es un gas muy inflamable. Esta propiedad es debida a
que la reacción con oxígeno genera mucho calor. Esta reacción, aunque
potencialmente peligrosa, se puede usar de manera controlada para
producir energía. La energía generada por la combustión del hidrógeno
es limpia y eficaz. Si se resuelven problemas científico-técnicos, como la
producción eficiente de H2 y su almacenamiento y transporte seguros;
podremos beneficiarnos de la energía química del H2, llegando a
alcanzar la denominada economía basada en el hidrógeno.
Otras características importantes del elemento hidrógeno (a comentar
en un próximo post) son su capacidad para formar enlaces no
covalentes débiles (enlace de hidrógeno) o sus propiedades
espectroscópicas que sirvieron de estímulo para el desarrollo de la
teoría cuántica.
Lecturas recomendadas:
John Emsley, Nature’s Building Blocks, Oxford University Press,
2003.
Theodore Gray, The Elements. A Visual Exploration of Every
Known Atom in the Universe, Black Dog & Leventhal Publishers,
2009.
Conceptos de química, para ampliar la información:
Protón
Neutrón
Electrón
Enlace químico
Nucleosíntesis
Fusión nuclear
Tabla periódica
Número atómico
Peso atómico. Peso atómico estándar.
Modelos atómicos: desarrollo histórico
Experimentos que permitieron descubrir las partículas sub-atómicas
Rayos catódicos
Espectrometría de masas
¿Hay alguna partícula más pequeña que forme el neutrón? ¿Y el
protón? ¿Y el electrón?
Busca quién fue Henry Moseley y por qué fue importante en el
desarrollo de la teoría atómica.
Busca datos de la biografía de Henry Cavendish. ¿Qué te llama la
atención de su biografía? ¿Qué destacas de positivo y negativo de su
biografía? ¿Te gustaría ser como él?
Buscar aplicaciones científicas y médicas de isótopos radiactivos.
Gases nobles. ¿Qué son? ¿Cómo se descubrieron? ¿Dónde se
encuentran en la Tabla Periódica? ¿Cual es su característica química
principal? ¿Por qué?
Reacción de producción de amoniaco.
Reacción de electrolisis del agua.
Sì preguntamos qué es la Química a pie de calle, podremos
encontrar varias respuestas. Unos dirán que es una ciencia, otros
que es una profesión en la que hay que trabajar en un laboratorio
rodeado de recipientes con líquidos que cambian de color y otros
muchos no sabrán dar una definición exacta.
Definir no siempre es fácil. Tanto más cuanto más general sea el
término a definir. Y la Química es un ciencia muy amplia. ¿Cómo
podemos definir la Química? Haré lo mismo que que hice cuando
se la definí a mi hermana pequeña.
Fíjate en un coche viejo. Estos coches antiguos que muchas veces
vemos abandonados por las ciudades y pueblos. Cuando el coche,
con un poco de suerte, arranca y se mueve, se ha producido un
cambio. El coche se mueve con cierta velocidad, constante o no
en el tiempo, y recorrerá cierto espacio. El coche no cambia en el
trayecto. Sólo cambia su posición. Se trata de un movimiento. El
movimiento es un fenómeno físico.
Ahora bien, el coche es muy viejo. Las carrocerías de los
vehículos actuales son mucho mejores que las de nuestro viejo
coche. En nuestro viejo coche observamos unas manchas rojizas.
Óxido de hierro. ¿De dónde procede este óxido? No siempre ha
estado ahí. Cuando el abuelo compró aquel coche esas “manchas”
no estaban. Han aparecido con el paso del tiempo. El oxígeno del
aire se ha unido a algunos átomos de hierro de la carrocería y ha
formado una nueva sustancia. En esas manchas ya no hay hierro,
sino otra sustancia diferente. Ha cambiado la naturaleza de la
sustancia. Además, en el motor del coche la gasolina se está
transformando en otras sustancias para obtener la energía que
hace funcionar el coche. No tenemos lo mismo al principio y al
final…son cambios químicos.
Material Laboratorio
La Química es la ciencia que estudia los cambios
químicos. Error…la palabra definida no puede entrar en la
definición. Tenemos que expresarnos mejor. La Química será la
ciencia que estudia los fenómenos en los que cambia la naturaleza
de las sustancias, siguiendo en todo momento el Método
Científico. Es una ciencia experimental.
Pero como ocurre con todo el conocimiento que ha conseguido la
humanidad, son tantos los fenómenos y sustancias químicas a
estudiar que la Química se subdivide en varias ramas o
especialidades.
La clasificación más habitual es la siguiente:
-Química Inorgánica. Es la rama de la Química que estudia las
características, reactividad y estructura de los elementos
químicos y sus compuestos, salvo el caso del carbono. No
obstante, la Química Inorgánica también estudia compuestos de
carbono como los carbonatos o gases como el dióxido de carbono.
El carbono elemental (grafito, diamante, etc) también es objeto de
estudio de esta rama.
-Química Orgánica. Esta parte de la Química estudia las
características, reactividad y estructura de los compuestos del
carbono. Los compuestos orgánicos son una familia enorme de
compuestos químicos muy diversos en cuanto a propiedades y
composición, aunque todos presentan carbono e hidrógeno.
-Química Física. Esta disciplina aplica las leyes de la Física al
estudio de sistemas químicos. Establece las bases teóricas para la
interpretación de los fenómenos químicos. Mecánica Cuántica,
Termodinámica, Cinética y otros muchos aspectos de la Química
son estudiados por los científicos que trabajan en este campo.
-Química Analítica. Esta rama de la Química se encarga de
determinar la composición cualitativa y/o cuantitativa de todo tipo
de muestras. Esto implica el conocimiento de técnicas químicas
(instrumentales en su gran mayoría) que permitan el diseño de
métodos que tengan las mejores características para obtener la
mayor información química posible. Exactitud, precisión,
sensibilidad, selectividad y robustez serán algunos de los aspectos
a tener en cuenta por los químicos analíticos para conseguir
información química de calidad.
La Química converge a su vez con otras disciplinas. Así, unida a la
Biología da lugar a la Bioquímica, ciencia que hoy se estudia
como rama independiente de la Química y que constituye el
estudio de los procesos químicos que tienen lugar en los seres
vivos. Cuando la Química converge con la Física y la Ingeniería
llegamos a la Química Industrial, hoy llamada Ingeniería Química,
encargada del diseño de procesos industriales para la obtención
de productos químicos que a su vez son la base para otras muchas
industrias.
Si seguimos considerando campos en los que la Química puede
colaborar llegaríamos a la Química Agrícola, Química Forense,
Química Medioambiental, Química de los alimentos, etc
Cocinero
Pero volvamos a la división ”clásica” de la Química.
¿Cómo podemos explicárselo a nuestros hermanos pequeños?
Los químicos físicos serían algo así como los guionistas.
Establecen un guión, las pautas que los protagonistas, átomos ,
moléculas y electrones, deben cumplir. Si no lo cumplen y se ha
comprobado que efectivamente nuestros protagonistas no siguen
ese guión, habrá que revisarlo. No olvidemos que la Química es
una ciencia experimental.
¿Qué ocurre con los inorgánicos y los orgánicos? Serían algo así
como los cocineros. Un cocinero parte de los ingredientes
adecuados para llegar a obtener el plato que desea. Los químicos
inorgánicos y orgánicos parten de reactivos para llegar a obtener,
mediante reacciones químicas, los productos con las propiedades
y características deseadas bien porque interese el producto en sí
o bien porque interese estudiar el proceso de cocinado, es decir,
la reacción química. Es lo que los químicos llamamos síntesis
química.
Detective
¿Y los analíticos? Son los detectives. A partir de unas pistas deben
saber quién es el culpable y dónde se encuentra el amante, ladrón
o asesino. El químico analítico parte de una serie de muestras y
debe saber qué sustancia química está presente en ellas y en qué
concentración. A esta actividad la llamamos análisis químico.
Si bien, los químicos orgánicos e inorgánicos utilizan también las
técnicas de análisis o incluso pueden dedicarse expresamente a
ellas. Difracción de rayos X para los inorgánicos, análisis RMN
para los orgánicos o ambos para los químicos de coordinación y
química organometálica… Digamos que algunos químicos pueden
ser detectives y cocineros a la vez.