Lecturas Cientificas

JUSTIFICACIÓN

El programa de asignatura Química 1 del plan de estudios 2006 a la letra dice:

“Es urgente transformar la enseñanza de la química general en el

bachillerato. Nuestra propuesta es conservar parte de la estructura de un curso

básico de química pero con la inserción de ensayos con información significativa

para el estudiante un esquema que intenta relacionar en todo momento la ciencia

con la vida cotidiana del alumno……

El curso debe incluir además muchas aplicaciones modernas en la vida

diaria. Debe presentar un aspecto atrayente, fácil de entender y de lectura

interesante. Para ello nos apoyaremos en bibliografía de autores que gustan del

aprendizaje significativo y que en gran medida han influido en esta reflexión.

Se propone un curso de química para estudiantes el cual, debe poner

énfasis en las aplicaciones prácticas de la química a problemas que tienen que ver

con cosas como la contaminación ambiental, la radiactividad, las fuentes de

energía y la salud humana. Entre nuestros alumnos se cuentan nuestros futuros

maestros, abogados, contadores, periodistas y jueces. Es probable que algunos

sean incluso legisladores.

Atendiendo a tal enfoque del programa y con el propósito de facilitar y

acompañar a nuestros alumnos en el logro de los objetivos ofrecemos este

“Compendio de lecturas científicas adicionales al curso Química 1 para el

bachillerato universitario.”

ÍNDICE

PAG. JUSTIFICACIÓN 1

ÍNDICE 2

CAPÍTULO 1. QUÍMICA 6

El padre de la química: Antonio Lavoisier: su trabajo 7

1

¿Qué hacen los profesionales químicos? 9

SIDA: La epidemia del siglo XX 11

¿Puede el aluminio ser nocivo para la salud? 12

Plasma ¿un cuarto estado de la materia? 13

Condensado de Bose-Einstein 15

Materiales antes de la conquista 18

Las tierras raras no son tan raras sus aplicaciones 19

Nylon 21

Polietileno y derivados 22

Cristales líquidos 23

Anestésicos y éteres 25

Latas de aerosoles 27

El riñón artificial 28

Un reparto “disparejo” de la energía mundial 30

Costo energético de las actividades humanas 31

Hidrazina: el combustible del espacio 33

Biomasa 34

Hidrógeno: combustible limpio y fuente secundaria de energía 35

CAPÍTULO 2. EL ÁTOMO 37

Átomos ¿de verdad existen? 38

Los aciertos y los errores de Dalton 40

Descubrimiento de los electrones 41

Descubrimiento del núcleo atómico y protones 43

Trabajo y aportaciones de Bohr 44Más partículas y ¿cuarks? 45Átomos que pueden verse. Reales e importantes 47

La teoría actual de la estructura electrónica 48

El rayo láser: la espléndida luz 50

Microscopio electrónico 52

Superconductores 54

Fisión nuclear 57

Fusión nuclear 59

2

CAPÍTULO 3. ELEMENTOS QUÍMICOS Y TABLA PERIÓDICA 60

Metales y conductividad eléctrica 61

Los utensilios de cocina y los metales 63

Hierro esponja 65

El cuchillo equivocado 66

Metal a partir del mar 68

¿Con qué se tapan las muelas? 70

¿El tercer elemento líquido? 71

Hidrógeno metálico 73

Hidrógeno. Un no metal del gpo. 1 75

Carbono. Un no metal del gpo. 14 76

Fósforo. Un no metal del gpo. 15 77

Azufre. Un no metal del gpo. 16 78

El descubrimiento de los gases nobles 79

Aprovechemos la nobleza de los gases nobles 81

¿No que no reaccionan? 82

El elemento del sol 84

Las tierras raras: sus aplicaciones 85

Un elemento químico descubierto en México 87

CAPÍTULO 4. ENLACES QUÍMICOS 88

El cloruro de sodio un compuesto iónico común e importante 89

Rubíes, zafiros y otras piedras preciosas 90

Iones vitales 91Grafito, diamante, carbono VI y futboleno 92Sangre artificial 95

Semiconductores y transistores 96

Hielo 98

¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 100

Las huellas digitales del ADN 101

CAPÍTULO 5. COMPUESTOS QUÍMICOS 103

Cal 104

Óxido de zinc 105

3

Hielo seco 106

Cerámica, vidrio y cemento 108

¿Quién mató a Napoleón? 109

Agua oxigenada 112

Peróxido de benzoílo y el acné 114

Sosa cáustica y cal 115

Leche de magnesia: antiácido estomacal 116

Potasa cáustica y elaboración de jabones blandos 117

Ácido Sulfúrico y las baterías de los automóviles 119

Ácido fosfórico componente de refrescos 121

Ácido nítrico, fertilizantes y explosivos 122

Ácido clorhídrico (muriático) 124

Ácido fluorhídrico y grabado de vidrio 125

Ácidos, bases y la salud humana 126

La vitamina C y el resfriado común 128

La escala pH en algunas soluciones comunes 130

La famosa sal de mesa 132

Las sales de la comida 133

Muerte con KCl 136

El mármol 138

El yeso 139

¿Cómo se forma el cascarón de huevo? 141

El blanqueador de nuestra casa 143Polvo para hornear 145

CAPÍTULO 6. REACCIONES QUÍMICAS 146

¿Por qué el “ácido estomacal” no disuelve el estómago? 147

Acidez estomacal 148

El lago asesino 151

Desalinización 153

Un bocadillo cocido 156

Los cerillos 159

La oxidación del glicerol 160

Antisépticos y desinfectantes 162

4

BIBLIOGRAFÍA 163

5

COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I

CAPÍTULO 1

QUÍMICA EL PADRE DE LA QUIMICA: ANTONIO LAVOISIER: SU TRABAJO

Catalá R., Rosa María y Colsa G. María Eugenia Química 2

Santillana, México 1988. p. 38

Tema: 1.1 Antecedentes

Antoine Lavoisier recibió la mejor instrucción científica que podía alcanzarse

en aquellos tiempos. Estudió Geología, Química, Astronomía, matemáticas y

Botánica. Además, fue un hombre de negocios, recolector de impuestos y químico

industrial.

Este científico francés era miembro de la comunidad conservadora y

gobernante de Francia. Sólo como científico y químico era todo un revolucionario,

radical y obstinado en sus convicciones; meticuloso y autocrítico en todas sus

investigaciones.

Lavoisier desechó la creencia de los antiguos griegos de que el agua se

transformaba en tierra cuando se hervía por mucho tiempo. Para ello hirvió agua

durante 101 días, recuperaba el vapor, lo condensaba y lo devolvía al recipiente,

de tal forma que no se perdiera el líquido.

6


El único sólido que apareció en el agua eran pequeñas partículas de vidrio,

las cuales procedían del recipiente donde el agua hervía; de esta forma, Lavoisier

demostró que el agua no se transforma en tierra. Así de cuidadoso y paciente era.

Lavoisier recibe el sobre nombre de “Padre de la Química” por sus

aportaciones a esta ciencia. A continuación se presentan algunas de sus

principales contribuciones:

• Estableció que los elementos químicos no pueden separarse en

sustancias más simples.

• Clasificó los compuestos con base en su composición química y su

capacidad para reaccionar con otros.

• Definió la reacción química como la simple combinación y

recombinación de los elementos en los compuestos.

• Encontró que la combustión es una reacción química, en la cual el

oxígeno se combina rápidamente con otras sustancias, llamadas

comburentes.

Todo esto y mas lo realizó en una vida relativamente corta de 51 años. A

pesar de manifestar simpatía por la Revolución, Lavoisier murió guillotinado en

1794.

7


¿QUÉ HACEN LOS PROFESIONALES QUÍMICOS?

Garritz, A. y Chamizo J. A. Química

Addison Wesley Iberoamericana p. 57.

Tema: Ramas de la Química

Cualquier objeto material pertenece al universo de sustancias con las que

trabajan los químicos y profesionales afines. Determinar su composición, conocer

las transformaciones que sufren, ordenar y controlar esos cambios, crear nuevos

compuestos que jamás la naturaleza pudo producir, nuevos medicamentos, más y

mejores combustibles, plásticos, fibras, metales y todo tipo de materiales, procesar

y conservar alimentos … en breves palabras: crear para la humanidad un mundo

más pleno y mejor, es la meta del químico moderno.

8


SIDA. LA EPIDEMIA DEL SIGLO XX



Tema: Riesgos y beneficios de la Química

El síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) se definió como una

enfermedad apenas en 1981.

Salvo que se descubra otro origen, el SIDA es provocado por un virus, el de

la inmunodeficiencia humana (VIH), que destruye las defensas del organismo. El

VIH logra entrar al cuerpo a través de la sangre o de los fluidos genitales, y se

introduce en los lindoncitos T (glóbulos blancos que desempeñan un papel

esencial en los mecanismos humanos de defensa) y los destruye, por lo que la

persona queda expuesta a cualquier infección. Allí, el virus, produce copias de su

material genético y construye sus propios ácidos nucleicos a partir del material

9


celular del huésped: la infección ha comenzado. La enfermedad puede tardar años

en manifestarse y, por ahora, es mortal.

La primera terapia que logró prolongar la vida de los enfermos de SIDA se

desarrolló en 1987 en Estados Unidos. El nombre del fármaco empleado es

azidotimidina, Conocido por las siglas AZT. Este compuesto es similar a uno de los

nucleósidos presentes en el ADN, con la única diferencia de que un grupo

hidroxilo, -OH, ha sido sustituido por un grupo acido, -N=N=N, que, a diferencia del

–OH, no establece enlaces con los otros nucleósidos de la molécula.

En años recientes se ha buscado moléculas que tengan los mismos efectos

que el AZT, pero que sean más eficaces y no tan tóxicas para las células sanas.

Esto es un ejemplo de cómo la química apoya la lucha contra el SIDA ¿PUEDE EL ALUMINIO SER NOCIVO PARA LA SALUD?


Addison Wesley Iberoamericana p. 404-405.

Tema: Riesgos y beneficios de la Química

El aluminio es el tercer elemento más abundante sobre la tierra después del

oxigeno y el silicio.

Una gran variedad de antiácidos contienen compuestos de aluminio. El

hidróxido de aluminio y de magnesio neutralizan el ácido clorhídrico del estomago:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Aún no se sabe con certeza si los iones aluminio que introducimos por esta

vía al organismo pueden ser perjudiciales, por dos razones:

10


• Es posible que hagan bajar la concentración de fosfatos en el cuerpo, ya

que pueden reaccionar con este anión para formar un sólido insoluble que secreta

el fosfato de aluminio:

Al3+ + PO4 3- → AlPO4

• Se han encontrado cantidades inusitadamente altas del aluminio en las

células cerebrales de pacientes con el mal de Alzheimer, una enfermedad

degenerativa mortal que causa perdida de memoria y deterioro neurológico. No se

sabe si el aluminio produce un mal o si se acumula allí como resultado del

padecimiento.

Los órganos donde más se acumula el aluminio son:

Cerebro, corazón, hígado, riñón, vesícula, huesos, etc. PLASMA…

¿UN CUARTO ESTADO DE LA MATERIA?


Addison Wesley Iberoamericana p. 229

Tema: Estados físicos

El aumento de la temperatura transforma un sólido en líquido, o un líquido

en gas. Y el calentamiento de un gas, ¿no puede transformarlo en un cuarto

estado de la materia? Curiosamente, la respuesta es un categórico sí: lo

transforma en plasma.

Un renombrado químico, Irving Langmuir, laboraba en el Instituto Stevens

cuando fue invitado a trabajar durante sus vacaciones en la compañía General

Electric. Allí encontró un grupo de investigación que buscaba la manera de

prolongar la vida de las lámparas incandescentes. Quince años más tarde,

11


Langmuir permanecía en esa compañía estudiando el comportamiento de los

gases calientes. Hacia 1930, después de observar las extraordinarias propiedades

de estos sistemas, llenos de partículas cargadas, los denominó plasmas.

Cuando un gas se calienta a temperaturas cercanas a los 10 000 grados, la

energía cinética de las moléculas aumenta lo suficiente para que, al vibrar y

chocar, las moléculas se rompan en átomos. A temperaturas más altas, los

electrones se ionizan de los átomos y la sustancia se convierte en una mezcla de

electrones e iones positivos: un plasma altamente ionizado.

Así pues, se llama plasma a este tipo de mezcla de átomos y fragmentos de

átomos. Podría describirse un plasma cono un gas conductor ionizado a alta

temperatura, que en promedio es eléctricamente neutro.

Obtener un gas muy débilmente ionizado no es difícil. Ello ocurre, aunque

momentáneamente, en el fuego o en las lámparas incandescentes de vapor de

mercurio, de neón o de sodio. Sin embargo, se requiere una enorme cantidad de

energía para producir un plasma. Los llamados “plasmas fríos” se producen a

temperaturas de 50 000 a 100 000 kelvin. Los “plasmas calientes”, el material de

que están constituidas las estrellas, se mantienen a una temperatura entre diez y

cien millones de kelvin.

Así, aunque en la Tierra no abundan los plasmas –y la aurora boreal es una

manifestación terrestre de un plasma-más del 99% de la materia del universo se

encuentra en este cuarto estado.

Varias son las aplicaciones que se están desarrollando para los plasmas.

Por una parte, a esas temperaturas puede ocurrir una fusión de los núcleos

atómicos, como sucede en las estrellas. El control de este proceso abriría las

puertas a una fuente inacabable de energía.

12


Por otro lado, como los plasmas son materia con carga eléctrica, su

interacción con campos magnéticos puede ayudar a generar energía eléctrica,

llamada potencia magnetohidrodinámica.

CONDENSADO DE BOSE - EINSTEIN

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?c3=&mid=120&l=s

La Materia: Estados de la Materia por Anthony Carpi, Ph.D

De joven, recuerdo haber visto asombrado como hervía el agua en una

cacerola. Al buscar la explicación de por qué se formaban las burbujas, creí por un

tiempo que el movimiento del agua calentada llevaba aire hacia el fondo de la

cacerola que después se elevaba en forma de burbujas a la superficie. No sabía

que lo que estaba pasando era aún más mágico de lo que imaginaba: las burbujas

no eran de aire, en realidad eran agua en forma de gas.

Los diferentes estados de la materia han confundido a la gente durante

mucho tiempo. Los antiguos griegos fueron los primeros en identificar tres clases

13


(lo que hoy llamamos estados) de materia, basados en sus observaciones del

agua.

Hay varias formas conocidas de materia: Sólidos, líquidos, gases, plasmas y Condensados Bose-Einstein

Condensados Bose-Einstein representan un quinto estado de la materia

visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y

Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son

superfluídos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En

este extraño estado, todos los átomos de los condensados alcanzan el mismo

estado mecánico-quantum y pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. Aún

más extraño es que los condensados B-E pueden “atrapar” luz, para después

soltarla cuando el estado se rompe.

También han sido descritos o vistos varios otros estados de la materia

menos comunes. Algunos de estos estados incluyen cristales líquidos,

14


condensados fermiónicos, superfluídos, supersólidos y el correctamente

denominado "extraña materia".

Para leer más sobre estas fases, visite la página Phase (Fase) de la

Wikipedia, cuyo enlace se encuentra en la sección Para Seguir Explorando. De la

página:

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?c3=&mid=120&l=s

15


MATERIALES ANTES DE LA CONQUISTA



Tema: Materia

Los pobladores de Mesoamérica conocieron múltiples aplicaciones de

diversos materiales y productos naturales. Los indígenas emplearon el oro y la

plata, y debieron conocer el mercurio.

Utilizaron el calor para preparar diversas aleaciones, pero nunca alcanzaron

la “edad de hierro”. Solo conocieron los meteoritos que contenían este metal.

Los metales y los minerales metálicos y no metálicos eran empleados como

colorantes, como elementos de construcción, en el ornato y la joyería. Los antiguos

mexicanos extrajeron y purificaron la sal común a partir del tequezquite, que era

una eflorescencia de los terrenos lagunosos desecados, y del agua del mar.

La orfebrería y la cerámica eran poco técnicas pero sumamente artísticas.

Utilizaban el carbón y obtuvieron el negro de humo para hacer tintas negras.

Mientras que en Europa escaseaba el azúcar, aquí se empleaba la obtenida al

evaporar el aguamiel, cuya fermentación le proveía de pulque.

Para construir armas emplearon el vidrio volcánico (obsidiana). Extraían

diversas resinas (incluido el hule) que empleaban como pegamentos, en la pintura

y en la medicina, en la que también se distinguieron por identificar muchos

vegetales curativos.

LAS TIERRAS RARAS. NO SON TAN RARAS SUS

APLICACIONES


Addison Wesley Iberoamericana

16


p. 416. Tema: Materia (elementos)

Las tierras raras son los elementos con números atómicos entre 57 y 71. La

primera noción de su existencia data de 1788, pero fueron 50 años mas tarde

cuando Mosander pudo aislar el lantánido de un mineral llamado cerita.

La separación y aislamiento de todos estos minerales tardó mas de cien

años hasta que se obtuvo el prometió puro en 1947(se trata de un elemento

inexistente en la naturaleza, que se produjo durante reacciones nucleares).Las

dificultades para lograr la separación de estos elementos se debieron a que todas

presentan propiedades químicas muy semejantes. La razón es evidente al analizar

sus configuraciones electrónicas, ya que todos van llenando el subnivel41 y sus

electrones mas externos son los 6s y como hemos insistido las propiedades

químicas son determinadas esencialmente por los electrones mas externos.

Estos elementos forman iones estables con carga 3+.

Las excepciones son el cerio (que forma iones 4+) y el europio (que

presenta también la carga 2+).

Con el tiempo, haciendo poco honor a su nombre, ha resultado que estos

elementos no son tan raros. Se encuentran muy difundidos en la corteza terrestre.

Por ejemplo, el cerio es más abundante que el cobre, y hay cuatro veces

más tulio que plata. Además su utilización se ha generalizado, por lo que se han

convertido en materiales estratégicos.

A continuación resumimos algunas de sus aplicaciones:

1) Se incorporan en aceros, lo que mejora propiedades como la flexibilidad y la

resistencia a la corrosión y al impacto.

17


2) Permiten a los geólogos una mejor clasificación, datación y determinación

del origen de las rocas.

3) El samario, el europio y el gadolinio se emplean en las barras de control de

neutrones de los reactores nucleares.

4) En ciertos compuestos, el europio es luminiscente. Se le emplea para

producir el color rojo en los monitores de televisión.

5) Las aleaciones de lantano y níquel adsorben gran cantidad de hidrógeno.

Con ellas se han diseñado vehículos no contaminantes que, en lugar de quemar

gasolina, funcionan quemando hidrógeno (por su escape sale el producto de la

combustión ¡que es agua!).

6) Los imanes permanentes más potentes que existen contienen samario. Han

hecho posible el diseño de motores eléctricos más eficientes.

7) El neodimio, el holmio y el disprosio han permitido diseñar nuevas fuentes

de rayos láser.

8) Se empleó lantano para fabricar la primera cerámica superconductora de

alta temperatura, en 1987. En el siglo XXI seremos testigos de la revolución

tecnológica que será posible gracias a estos superconductores.

NYLON



Tema: Materia (compuestos)

(-NH-(CH2)6- NH –C -(CH2)4- C-) II II

O O

(ESTA ESTRUCTURA SE REPITE n VECES EN EL POLÍMERO Nylon 66)

18


El nylon es un sólido opaco, blanco, que se utiliza principalmente para hacer

fibras textiles. Durante la segunda guerra mundial, cuando Japón cerró el acceso a

la seda del Lejano Oriente, el nylon demostró ser una fibra estupenda para

elaborar artículos moldeados. Las fibras de nylon son muy fuertes, mucho más que

cualquiera de las fibras naturales.

Otra propiedad de las telas de nylon es la facilidad con la que se secan.

Posteriormente, cuando analicemos la estructura de los carbohidratos, como el

algodón, encontraremos que en sus moléculas hay muchos grupos –OH, los

cuales tienen mucha afinidad por el agua, por ello, el algodón es más difícil de

secar que el nylon.

POLIETILENO Y DERIVADOS




Básicamente hay dos tipos de polietileno: el de baja y el de alta densidad.

Cada uno produce con diferentes catalizadores y en distintas condiciones de

reacción. El polietileno de alta densidad parcialmente cristalino, se utiliza en la

fabricación de objetos plásticos: juguetes, botellas, y gabinetes de radio y

televisión. El de baja densidad, amorfo se emplea para hacer bolsas y como

aislante eléctrico. Contra lo que se pudiera pensar las películas para envolver los

alimentos y mantenerlos frescos se hacen con polietileno de alta densidad, que es

menos permeable y por lo tanto conserva mejor la humedad natural de los

alimentos.

Se puede obtener una tremenda variedad de moléculas al sustituir los

átomos de hidrógeno del etileno por otros átomos o grupos de átomos, y con ello

también una gran diversidad de polímeros de adición.

19


Una vez que los monómeros se transforman en polímeros, se incrementa

notablemente el valor del producto. El valor de una tonelada de etileno era de

425.9 dólares en 1984, si esta tonelada se emplea para fabricar cloruro de vinilo (el

monómero del PVC), su valor aumenta 51%. Si con ellas se obtiene polietileno,

aumenta 55%. Esta es la magia de la petroquímica: sus defectos dan valor

agregado a los productos, valor que se maximiza si se llega a los productos de

consumo terminal.

CRISTALES LÍQUIDOS




“Crystallos” fue el nombre que dieron los griegos al cuarzo, y quiere decir

“hielo claro”. Desde 1611, Kepler pensó que las formas prismáticas de caras lisas

de los cristales se debían a una estructura interna periódica. Luego, en 1664,

Hooke especuló que dentro de los cristales existían partículas esféricas

empaquetadas.

Varios franceses contribuyeron al esclarecimiento de la estructura de los

cristales, pero sin duda el trabajo de Bravais fue el más importante. A él se debe la

sistematización de las diversas estructuras cristalinas posibles.

No fue posible confirmar las hipótesis de Bravais si no hasta principios del

siglo XX, cuando Von Lame descubrió que los rayos X, al pasar por un cristal,

revelaban una interferencia que permitía conocer la estructura interna de la “red”

de partículas.

La misma técnica de difracción de rayos X permitió, en 1953, conocer la

estructura helicoidal del ADN.

20


Se conocen como “cristales líquidos” ciertas sustancias cuyas propiedades

se encuentran entre las de los sólidos y las de los líquidos. Pueden fluir y, sin

embargo, sus moléculas están ordenadas, siguiendo una orientación especial

común.

El efecto de la temperatura sobre un cristal liquido es el de desorientar sus

moléculas, para terminar por transformaciones de orden, que vienen acompañadas

de cambios de color y otras propiedades ópticas.

Este hecho se ha utilizado para la fabricación de termómetros caseros para

tomar la temperatura de los bebes (cinta que se coloca en la frente y en la que

aparecen números que indican la temperatura del enfermo).

Un campo eléctrico o magnético afecta la estructura y el color del cristal

liquido. Esta propiedad se ha aprovechado para fabricar con las carátulas de

relojes, calculadoras y pantallas de televisión.

Muchas membranas biológicas funcionan también como verdaderas

cristales líquidos, lo que les confiere una sensibilidad sin igual a los cambios de

temperatura.

21


ANESTÉSICOS Y ÉTERES



Tema: Soluciones, dispersiones y coloides

Anestesia significa insensibilidad al dolor. Las sustancias con propiedad

anestésica inducen generalmente la depresión del sistema nervioso central. Por

ello, al aplicarlas, debe tenerse mucho cuidado con su concentración, pero sobre

todo con la cantidad que se suministra al paciente.

En gran medida, la medicina se dedica al tratamiento de los síntomas y, de

estos, el dolor tal vez es el mas importante. Entender plenamente las causa y la

manera de controlar el dolor sigue siendo un reto para los científicos. Este camino

se inició en 1846, cuando el dentista bostoniano William Morton utilizó por primera

vez el éter dietílico como anestésico. Antes de este hecho, la cirugía no solo

provocaba una cantidad importante de muertes por la ausencia de desinfectantes

sino que, al ser extraordinariamente dolorosa, causaba también decesos por el

trauma resultante.

El éter dietílico es un buen anestésico.

Es seguro para el paciente, ya que el pulso cardiaco y respiratorio, así como

la presión arterial, permanecen normales durante su aplicación, la cual además es

muy sencilla. Sus desventajas estriban en los efectos laterales que produce, como

nauseas e irritación en las vías respiratorias. Otro inconveniente es su alta

volatilidad e inflamabilidad, lo que ha dado lugar a la búsqueda de otras sustancias

que mantengan sus ventajas, pero reduzcan sus inconvenientes.

Entre los éteres mas utilizados tenemos el divinal éter, el metil propil éter y

el enfluorano. Otros compuestos que no son éteres pero que tienen esta propiedad

son: el ciclopropano (empleado en las operaciones como anestésico, mezclado

22


con un 30% de helio), el haloetano y el dióxido de nitrógeno, N2O, llamado también

el gas de la risa.

El primer anestésico local efectivo e inyectable, empleado inicialmente a

finales del siglo pasado, fue la cocaína. Después de un tiempo se descubrió que su

uso producía dependencia física (se trata de una droga). Del estudio de sus

propiedades se sintetizo en 1940 otro poderoso anestésico, la novocaína, y

posteriormente la xilocaina, que se usan hasta nuestros días.

Es importante notar que muchas otras sustancias tienen propiedades

anestésicas, pero en concentraciones mayores. Los barbitúricos, por ejemplo, en

concentraciones pequeñas son agentes sedativos, pero cuando la concentración

se incrementa producen sueño, hasta convertirse en anestésicos generales.

23


LATAS DE AEROSOLES




Los aerosoles son un tipo de coloides en los que la fase dispersa es un

líquido o un sólido y el medio dispersor es un gas. Existen una infinidad de

productos caseros empacados en latas que producen aerosoles con sólo apretar la

pequeña válvula “atomizadora” que tienen en su parte superior. Como tales,

recordarás desodorantes, perfumes, lacas para fijar el pelo, y muchos otros.

En ocasiones la “atomización” produce partículas tan finas que la sustancia

esparcida permanece mucho rato flotando en el aire. Otras veces la partículas

grande, y lo que se ha formado es una suspensión que rápidamente se sedimenta

debido a la fuerza de la gravedad.

El gas propulsor que se acostumbraba usar en estas latas se conoce como

freón, un compuesto de carbono, cloro y flúor, que tiene la ventaja de ser muy

estable y no combustible. A últimas fechas se ha sabido que los freones son

peligrosos, ya que destruyen las moléculas de ozono, O3, que en la lata atmósfera

sirven como filtro de las radiaciones peligrosas que provienen del sol. Actualmente

se utilizan otros gases, algunos de los cuales sí son combustibles. Ten cuidado de

que al esparcir un aerosol no estés cerca de una llama, como la de la estufa.

EL RIÑÓN ARTIFICIAL




24


La sangre lleva los productos de desecho del metabolismo celular hacia los

órganos de excreción; los riñones, que se deshacen de ellos a través de la orina.

Estos órganos son importantes por varias razones:

• Aunque el agua puede liberarse del organismo por la piel o la

respiración, el riñón controla la cantidad de agua del cuerpo a través del

volumen de la orina, y con esto controla la presión arterial.

• El riñón regula la concentración de muy diversos iones en el líquido

sanguíneo, como el sodio, el potasio, y el cloro esenciales para la

transmisión nerviosa.

• Diversos compuestos nitrogenados como la urea la creatinina y el

ácido úrico, deben ser eliminados a través del riñón, pues son productos de

desecho de la actividad celular.

• El control de la acidez de la sangre también tiene lugar en los

riñones.

En resumen, la composición de la sangre es controlada por los riñones que

eliminan buena parte de las substancias toxicas para l organismo. Ello se lleva a

cabo en los vasos sanguíneos internos del riñón, llamados glomérulos. En una

primera etapa, se filtran a través de la pared del glomérulo tanto agua como todas

las moléculas pequeñas que han de desecharse. Este proceso ocurre a través de

una membrana semipermeable, que si deja pasar algunas partículas, pero no

todas en un proceso que se conoce como diálisis.

En una segunda etapa se reabsorben aquellas partículas que si son

importantes para el organismo, como es el caso de los iones. Por muy diversas

razones cuando el riñón funciona mal el proceso de diálisis es deficiente y, o no se

liberan algunas toxinas o la cantidad de agua requerida, o el riñón deja pasar

sustancias necesarias para el cuerpo (como proteínas por ejemplo).

25


En tales casos puede ocurrir que la transfusión sea permanente, y existen

dos posibilidades para el paciente: el transplante de un riñón ajeno o el uso del

riñón artificial, que fue el primer uso exitoso de un órgano artificial.

En el riñón artificial la sangre se hace pasar por una membrana

semipermeable –que en sus primeras épocas consistía en papel celofán-la cual

suple la labor del riñón. Tal posibilidad fue planteada en 1913 pero el primer

aparato exitoso se probó en 1944. La construcción de un aparato comercial se

realizó alrededor de 1960, cuando se reunió un grupo de médicos, ingenieros

químicos y científicos de materiales que aplicó al diseño los conceptos

fundamentales de la mecánica de fluidos, la teoría del transporte a través de

membranas, la transferencia de masa y la fisicoquímica de superficies. Luego de

cinco años de trabajo se construyeron los primeros prototipos, que utilizaban

cartuchos de membranas desechables y diversos aparatos de verificación y

control.

A mediados de los años sesenta la llamada hemodiálisis había pasado a ser

un procedimiento bien establecido en los hospitales para el tratamiento de los

pacientes con deficiencias renales agudas o crónicas.

Desafortunadamente el riñón artificial no es capaz de suplir todas las

funciones del riñón, pero si ha prolongado la vida de pacientes con lesiones

irreversibles, o permitido que sanen otros cuyos riñones han podido recuperarse

del daño después de “descansar” gracias a este aparato.

UN REPARTO “DISPAREJO” DE LA ENERGÍA MUNDIAL.



Tema: Energía

26


Existen grandes disparidades en el consumo de energía percápita. En los

países del tercer mundo, donde ocurre el 90% de los nacimientos, el consumo

energético apenas es un vigésimo del de los países más industrializados. La

calidad de la energía también varia, en los países pobres abunda el uso de leña,

los desperdicios agrícolas e incluso el estiércol.

Debido a esta asimetría los países ricos envían a la atmósfera diez veces

mas dióxido de carbono percápita que los subdesarrollados. Así el primer mundo

requiere fuertes inversiones para reducir sus emisiones de gases de invernadero,

gasto que se estima en un 1 o 2% de su producto bruto. No obstante, debido al

rápido incremento de la población del tercer mundo, y a que muchas economías se

industrializan aceleradamente, cambiando sus patrones del consumo energético se

estima que en algunos de estos países la demanda crecerá entre 4 y 5% al año.

En vista de este panorama, se requiere un acuerdo internacional para lograr

un aprovechamiento más racional y equilibrado de la energía mundial, que prevea

la conservación del medio ambiente. En la reunión cumbre de Río de Janeiro, en

1992 se alcanzaron pocos resultados tangibles, y será indispensable adoptar

medidas más vigorosas antes de 1995.

COSTO ENERGÉTICO DE LAS ACTIVIDADES HUMANAS

Garritz, A. y Chamizo J.A. Química


Tema: Energía

Las actividades diarias de todas las personas requieren energía: la

circulación de la sangre, hacer digestión, respirar, pensar, es decir, todo lo que

27


implica vivir. La cantidad de energía necesaria para cada persona depende de la

edad, el sexo, el tamaño y el tipo de actividades que realiza. A la energía mínima

necesaria para vivir se le conoce como requerimiento metabólico basal (RMB), y

sus unidades son kJ/m2hr.). Una persona en estado de coma requiere, para

sobrevivir, de su RMB, el cual se le administra por vía intravenosa.

El RMB depende de la superficie corporal de la persona, la cual puede

estimarse a partir del peso y la estatura mediante la fórmula:

A= 0.202 x peso0.425 x altura0.725

Donde A es el área, en metros cuadrados, el peso se expresa en Kg y la

altura en m.

Multiplicando el RMB y la superficie de una persona se deduce la cantidad

de energía que necesita para vivir cada hora, lo que se conoce como requerimiento

energético basal, REB.

Si, además de subsistir, se realiza alguna otra actividad, el costo energético

aumenta. La cantidad de energía además de la RMB para un hombre de 70 Kg. y

1.70 de altura se muestra en la siguiente tabla:

28


La energía que consumen las actividades humanas proviene de la comida

que ingerimos. El cuerpo no tiene otros mecanismos, excepto la actividad, para

eliminar el exceso de energía ingerido en forma de comida. Si la ingestión

sobrepasa el gasto (cuando se realiza poco ejercicio), se concentran grasas en el

tejido adiposo. Como dato curioso, el libro Guiness de récord de 1992 informa que

en 1982 un equipo de cirujanos de Nueva York extirpó 67 Kg. de tejido adiposo de

las paredes abdominales de un hombre de 362 Kg., empleando para ello, un

elevador de poleas para ir retirando las capas de grasa que iban extirpando. Como

ves, no cabe duda de que la mejor manera de perder peso es hacer ejercicio.

Por otro lado, ocurre un déficit energético si el alimento suministra menos

energía de la que gasta. Esto da lugar a que se consuma la grasa corporal. Por

cada 38 kJ de déficit se consume aproximadamente un gramo de grasa; cuando la

grasa se acaba, el cuerpo empieza a consumir sus propias proteínas, lo que da

lugar a un deterioro físico importante.

LA HIDRAZINA, EL COMBUSTIBLE DEL ESPACIO

29




Tema: Energía

La hidrazina y sus derivados metílicos son una de las familias de

combustibles mas empleados en los cohetes. Éstos pueden ser de índole científica

(como las misiones “Apolo” tripuladas a la luna, en las que se emplearon como

oxidantes, junto con N2O4, O2y F2) o militar, en satélites y proyectiles con

cabezas nucleares.

H2N-NH2 CH3NH-NH2 (CH3)2N-NH2

HIDRACINA DERIVADOS METÍLICOS

Por ser un combustible de uso militar, no se sabe con exactitud cuánto se

produce, pero se estima que son más de 10 000 toneladas por año, en todo el

mundo.

La hidracina es una base capaz de capturar dos protones (Kb2= 8.9 x 10-16),

por lo que se conocen sales como:

[N2H6] Cl2 ó [N2H6] SO4.

Sus derivados han sido ampliamente utilizados como reguladores del

crecimiento de las plantas (HOCH2CH2NH-NH2, β-hidroxietilhidrazina) o como

insecticidas (C6H5NHCONH-NHC6H5, 1, 4 difenilcarbazida). Los compuestos que

forma con metales de transición (Moy W, por ejemplo) han permitido estudiar el

proceso biológico de la fijación de nitrógeno atmosférico por la enzima nitrogenasa.

BIOMASA



30


p. 607 Tema: Energía

Una manera de aprovechar la energía solar, es a través de su

almacenamiento. Esto puede lograrse de muy diversas formas. Una de ellas es a

través de la BIOMASA, que es toda la materia orgánica formada por árboles,

arbustos, cultivos, residuos forestales y de cultivos, pastos, plantas acuáticas,

desechos animales, urbanos e industriales. Así, se puede aprovechar la

fotosíntesis, que hace crecer las plantas, para después quemarlas y obtener

energía. Desde luego, en este caso sí hay desventajas, pues sería mejor

aprovechar el terreno para producir comida que “combustible”, la eficiencia

obtenida es menor del 5% y la combustión sería una fuente más de gases de

invernadero.

No obstante, podrían darse otros usos a la biomasa; por ejemplo, sus

azúcares y almidones se podrían fermentar para producir alcohol. Así mismo, la

acción bacteriana sobre la biomasa produce metano, que es un buen combustible

y una materia prima petroquímica importante. Por cierto, los residuos de la

fermentación son estupendos fertilizantes orgánicos.

HIDRÓGENO: COMBUSTIBLE LIMPIO Y FUENTE SECUNDARIA DE ENERGÍA:



Tema: Energía

Es posible que la reacción de combustión menos contaminante sea la del

gas hidrógeno, pues el único producto que se obtiene es el agua. La reacción, por

cierto, es muy exotérmica:

H2(g) +1/2 O2 (g) -H2O (l) H= -258.8 kj/mol

31


Esta reacción puede llevarse a cabo directamente si se acerca una llama a

un globo lleno con hidrógeno y oxígeno. El resultado es un ruido ensordecedor,

energía térmica liberada y una manifestación luminosa instantánea (fuego). De

esta manera es difícil aprovechar cabalmente la energía liberada, pero es factible

diseñar un motor que funcione quemando hidrógeno, y se han construido diversos

prototipos.

Uno de los problemas del vehículo de hidrógeno es lo peligroso que resulta

el manejo del combustible pero, más que eso, el enorme volumen que ocupa, pues

licuarlo a -259º C y mantenerlo en estado líquido implica un mecanismo muy

costoso de refrigeración. Afortunadamente, en la década de 1980 pudo alcanzarse

una salida tecnológica. El hidrógeno gaseoso se adsorbe en grandes cantidades

dentro de aleaciones de metales con tierras raras. En particular, la aleación de

lantano y cobalto, LaCo5, tiene una estructura cristalina que deja huecos en los que

el hidrógeno cabe sobradamente. Así, el tanque de combustible está lleno de

LaCo5, y el hidrógeno a presión que se inyecta se absorbe en grandes cantidades;

luego se libera al aumentar la temperatura y se envía al motor. No obstante, la

aleación es cara y por lo pronto no compite económicamente con los vehículos que

funcionan con combustibles fósiles.

Otra forma de aprovechar la energía de la oxidación del hidrógeno es en la

llamad celda de combustible. En este caso la reacción se acopla a la generación

de energía eléctrica, pues al ocurrir tiene lugar una transferencia de electrones del

hidrógeno al oxígeno. Las mejores celdas de combustible tienen una eficiencia del

70% en la conversión energética.

Otro problema de usar hidrógeno como combustible es que no existe libre

en la naturaleza, así que debe obtenérsele a partir de sus compuestos, en

reacciones generalmente endotérmicas. Por tanto, se trata de una fuente

secundaria de energía, que sólo puede obtenerse haciendo uso de una fuente

primaria. El método más simple es la “reformación” del metano del gas natural, la

cual debe realizarse a unos 1000º C. El gasto de energía vale la pena pues con

32


165 kJ se obtienen 4 moles de H, que a su vez, pueden liberar 4 X 286 = 1144 kJ

en su combustión.

33


CAPÍTULO 2

EL ÁTOMO ÁTOMOS, ¿DE VERDAD EXISTEN?

Hill John W. Y Kolb Doris K. Química para el nuevo milenio.

Prentice Hall, Pearson, México 1988. p. 33

Tema: 1.1 Concepto y evolución del átomo.

“Los átomos son tan pequeños que no se pueden ver; todo el mundo está

hecho de ellos, y Tú y yo también”

Hasta donde sabemos, el universo entero está hecho de átomos, unas

partículas tan diminutas que no las podemos ver, ni siquiera al microscopio. Hay

miles de millones de átomos, unidos unos con otros, en la motita de materia más

pequeña que el ojo humano es capaz de percibir. Así pues, el número de átomos

que constituyen un libro, un automóvil o una casa debe ser ¡increíblemente

enorme!

Aunque el concepto de átomo se maneja desde hace más de 2 000 años, la

mayoría de las personas dudaban de su existencia hasta hace unos 200 años, y

muchas se negaron a aceptar esta idea hasta bien entrado el siglo XX. Debido al

extraordinariamente diminuto tamaño de los átomos, y a que nadie había visto un

átomo en realidad, a las personas les resultaba difícil creer que existían en efecto.

¿Qué tan pequeños son los átomos? De hecho, lo son tanto, que

difícilmente podemos comprender la existencia de algo tan diminuto. Imagina que

una corriente de aire hace volar todos los átomos de una moneda de un centavo

34


de dólar hasta ser apenas visibles, como minúsculos granos de arena. Los átomos

de una sola moneda bastarían para cubrir de “arena” todo el estado de California a

una profundidad de más de un metro. Comparar el tamaño de un átomo con el de

un diminuto grano de arena es como comparar una moneda pequeña con una caja

de arena del tamaño de California. Si el tamaño de los átomos es tan insignificante,

¿para qué ocuparse de ellos? Porque el mundo entero está hecho de átomos. No

los podemos ver, pero están ahí de cualquier manera y afectan constantemente

todo lo que hacemos. Todo está hecho de átomos, incluso tú mismo.

No todos los átomos son iguales. Los distintos elementos tienen diferentes

tipos de átomos. Existen alrededor de 90 elementos. Un átomo es la partícula más

pequeña de un elemento determinado.

35


LOS ACIERTOS Y LOS ERRORES DE DALTON



Tema: Estados físicos

Después de tantos años de la presentación del modelo atómico de Dalton,

varis o de sus postulados han resultado tener errores graves o leves. Los

revisaremos uno a uno, en el mismo orden en que fueron presentados:

1. Los átomos sí son divisibles, pues tienen una estructura interna. Están

formados por otras partículas (neutrones, protones, electrones).

2. los átomos de un mismo elemento pueden ser diferentes, pues existen los

isótopos, cada uno de ellos con diferentes masas.

3. Es válido. (Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes pesos).

4. Con el descubrimiento de la radiactividad en 1896, y su interpretación, se

supo que un átomo de un elemento sí puede convertirse en uno de otro elemento.

5. Dalton no consideró la posibilidad de que se formaran moléculas con

átomos de un mismo elemento, como en H2 o N2

6. Es válido; cuando los átomos se combinan para formar cierto compuesto,

forman moléculas idénticas, con la misma proporción de átomos de uno y otro

elemento.

7. Es válido; dos o más elementos pueden combinarse de diferentes maneras

para formar más de un tipo de molécula, o sea, más de un tipo de compuesto.

8. Falso; los compuestos más estables y abundantes de dos elementos

consisten en moléculas con un átomo de cada uno.

DESCUBRIMIENTO DE LOS ELECTRONES


36




Para 1875, se disponía ya de tubos de vacío y a raíz de ello, se especuló

mucho acerca de la naturaleza de los rayos catódicos. En general, los científicos

británicos consideraban que los rayos eran haces de partículas. La mayoría de los

científicos alemanes sostenían que era más probable que los rayos fuesen una

forma de energía muy parecida a la luz visible. La respuesta provino de un

experimento, realizado por el físico inglés Joseph John Thomson en 1897. Quien

mostró que los rayos catódicos se desviaban en un campo eléctrico. La placa

positiva atraía el haz y la placa negativa lo repelía. Thomson llegó a la conclusión

de que los rayos catódicos se componen de partículas con carga negativa. Sus

experimentos demostraron también que las partículas eran idénticas cualesquiera

que fuesen los materiales de los que estaban hechos los electrodos o del tipo de

gas que contenía el tubo. Su conclusión fue que estas partículas negativas forman

parte de todo tipo de átomos. Se dio el nombre de electrón a estas unidades de

carga negativa. Así pues los rayos catódicos son haces de electrones.

LA TV: RAYOS CATÓDICOS EN ACCIÓN.

El tubo de rayos catódicos de J. J. Thomson es el remoto precursor de la TV

comercial, la imagen se forma a partir de los electrones que salen del cátodo y que

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son dirigidos a diferentes puntos de la pantalla fluorescente. Cuando llegan

muchos electrones al mismo punto, éste se ve claro. Si son pocos, se ve oscuro.

En una fracción de segundo, “el cañón electrónico” recorre la pantalla –

desde arriba a la izquierda hasta abajo a la derecha- y nos muestra una imagen

fija. Como la retina humana retiene lo percibido durante 1/10 de segundo, y el

tiempo que le toma al cañón “dibujar” una imagen es corto, lo que detectamos es

una animación aparentemente continua, como el cine. La TV a color es un poco

más compleja. La señal viene por triplicado, una para cada color básico (verde,

rojo y azul), y se tienen tres cañones electrónicos. Adicionalmente, cada punto de

la pantalla tiene tres sustancias que al recibir el impacto de un electrón muestran

fluorescencia verde, roja o azul. Como la combinación de estos tres colores

básicos permite reproducir cualquier otro color, el paso de los tres cañones

electrónicos por la pantalla produce el efecto cromático deseado.

DESCUBRIMIENTO DEL NÚCLEO ATÓMICO Y PROTONES



Tema: Estructura atómica.

38


Rutherford sabía que las partículas α emitidas por las sustancias radiactivas

viajaban a velocidades enormes (¡a varios millones de kilómetro por hora!). Supuso

que al “bombardear” átomos con partículas α podría obtener información acerca de

la estructura interna del átomo.

Dos de sus colaboradores. Mariden y Geiger (quien inventó el contador de

radiactividad que lleva su nombre) tenían a su cargo la observación de los

centelleos, labor que debió realizarse a oscuras y con un microscopio. Se

desprendía una luz diminuta débil, en el límite de lo visible. Después de meses de

experimentación y de contar más de un millón de centelleos, encontraron que:

• La mayor parte de las partículas α habían atravesado la laminilla sin

modificar prácticamente su trayectoria.

• Una proporción menor s e había desviado un ángulo pequeño

• Unas pocas ¡Habían rebotado hacia atrás de la lámina de oro!

Rutherford decía: “…era casi tan increíble como si una bala de cañón

disparada contra un papel higiénico rebotara y nos golpeara”

TRABAJO Y APORTACIONES DE BOHR

Hill JohnW. Y Kolb DorisK. Química para el nuevo milenio.


Tema: Concepto y evolución del átomo.

Niels Bohr propuso su explicación de los espectros de líneas en 1913.

Sugirió que los electrones no pueden tener cualquier cantidad de energía, sino sólo

ciertas cantidades específicas; en otras palabras, la energía de un electrón está

cuantizada. Los valores específicos de energía para un electrón se conocen como

sus niveles de energía.

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Cuando un electrón absorbe un cuanto de energía, se eleva a un nivel

energético más alto. El electrón puede regresar a un nivel energético inferior

cediendo un cuanto de energía. La energía liberada o absorbida en estas

transiciones se muestra como un espectro de líneas. Cada línea tiene una longitud

de onda específica que corresponde a un cuanto de energía. El electrón pasa

instantáneamente de un nivel de energía a otro; no existen etapas intermedias.

Considera como analogía el caso de una persona en una escalera. La

persona puede estar de pie en el primer travesaño, en el segundo, en el tercer,

etcétera, pero no podría pararse entre un travesaño y otro. Conforme la persona la

persona pasa de un travesaño a otro, la energía potencial, cambia. En el caso de

un electrón, su energía total (potencial y cinética) cambia conforme pasa de un

nivel de energía a otro.

El fundamento del modelo atómico de Bohr eran las leyes del movimiento

planetario establecidas< por el astrónomo alemán Johannes Kepler tres siglos

antes. Bohr imaginó que los electrones se movían en órbita alrededor del Sol. Los

diferentes niveles de energía se representaban como órbitas diferentes

MÁS PARTÍCULAS Y ¿CUARKS?



Tema: Estructura del átomo: Partículas subatómicas.

Todos los fenómenos químicos se manifiestan a través de la interacción de

los electrones más externos de átomos. Desde este punto de vista, al químico sólo

le interesan tres partículas:

• Los electrones (desde luego)

• Los protones (que atraen a los electrones determinan la carga nuclear) y

• Los neutrones (que junto a los protones, aportan casi la totalidad de

la masa del átomo.

40


No obstante, no esta de más conocer que otras partículas se han

descubierto e incluso, saber si estas tres partículas se interesan en el estudio de la

química están compuestos, a su vez, de otras partículas más elementales.

Aún antes del descubrimiento del neutrón ya se había propuesto la

existencia de otras partículas. Por un lado, P.A.M Dirac, en 1931, predijo

teóricamente la existencia de la primera antipartícula, que tendría la misma masa

del electrón pero carga opuesta, y la llamó POSITRÓN O ANTIELECTRÓN.

El primer positrón se encontró muy poco tiempo después en los rayos

cósmicos que llegan a la tierra .Por otro lado W. Pauli, al estudiar hacía 1930 el

decaimiento beta, concluyó que se emitía otra partícula (además del electrón ) ,

pues de otra forma se violaría la ley de conservación de la energía. Fue E. Fermi

quien bautizó a esta minúscula partícula con el nombre de NEUTRINO, la cual no

se detectó hasta 1956. En 1935, el japonés H. Yukawa propuso que protones y

neutrones se mantenían unidos en el núcleo de una misma partícula, con la masa

de unos doscientos electrones, que hoy se conoce como PIÓN y que se encontró

en 1947.

Por si estas nuevas partículas fueran pocas, con el desarrollo de nuevos

aceleradores se lograron realizar colisiones, cada vez con mayor energía, en las

que se detectaron nuevas y efímeras partículas. Hacía 1960 se conocían más de

100 partículas diferentes. Los neutrinos junto con otras que eran ligeras como el

electrón, recibieron el nombre de leptones; y otras, con masas intermedias como el

pión de H. Yukawa, se llamaron mesones; finalmente, las partículas más pesadas,

con masa como la de los protones o más pesadas se llamaron bariones.

Los mesones y bariones eran tantos que superaban en número a los

elementos de la tabla periódica.

Esto iba en contra del sentir de los científicos, que pensaban que el universo

debía tener un fundamento más simple. Fue entonces cuando entró en escena

Mendeleiev del siglo XX, Murria Gell-Mann, quien propuso que, con excepción de

los leptones, las partículas halladas estarían compuestas por entes más básicos, a

los que llamó CUARKS.

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Los mesones estarían formados por dos Cuarks y los bariones por tres. En

un principio, Gell-Mann consideró tres tipos de cuarks, con los de nombre U, d, y s

(iniciales de los vocablos ingleses “up”, ”down”, y “strange”), que presentarían

cargas de +2/3, -1/3 y -1/3 respectivamente.

En la teoría aparecen cargas fraccionarias para los cuarks, lo cual los haría

detectables mediante la experimentación. Sin embargo no han podido detectarse

hasta la fecha ningún Clark aislado, a pesar de que se han bombardeado protones

con otras partículas de muy alta energía. Todo hace suponer que los cuarks se

mantienen firmemente unidos entre sí en el interior de los mesones y los bariones,

como sí estuvieran enlazados con resortes prácticamente irrompibles, a los cuales

se les ha dado el nombre de gluones, del vocablo inglés para “pegamento”.

A pesar de que no han sido detectados, los científicos tienen mucha

confianza en el modelo de lo s cuarks, debido a que se ha predicho la existencia

de diversas partículas y luego de estas han sido observadas.

Algo muy similar a lo que pasó con la tabla de Mendeleiev. ÁTOMOS QUE PUEDEN VERSE. REALES E

IMPORTANTES




¿Son reales los átomos? Sin duda los son como concepto, y de hecho como

un concepto muy útil. Los científicos pueden observar incluso imágenes mejoradas

por computadora de átomos individuales. Estas imágenes, revelan pocos detalles

de los átomos, pero proporcionan una prueba poderosa de su existencia. ¿Son

importantes los átomos? Gran parte de la ciencia y de la tecnología, incluso la

producción de nuevos materiales y la tecnología para el control de la

contaminación, se basan en el concepto del átomo. Hasta hemos construido

monumentos al átomo. En la Feria Mundial de 1958 que se celebró en Bruselas,

42


Bélgica, se presentó una enorme estructura llamada Atomium, consistente en

nueve grandes esferas que representan los átomos de un cristal cúbico de hierro.

Cada “átomo” tiene 18 metros de diámetro y aloja una exhibición que muestra

determinados avances de la ciencia y la tecnología (a excepción de la esfera

superior, que es un restaurante).

Los “enlaces” que conectan los “átomos” entre sí son tubos gigantes con

escaleras mecánicas, que permiten a los visitantes pasar cómodamente de un

átomo a otro.

LA TEORÍA ACTUAL DE LA ESTRUCTURA

ELECTRÓNICA



Tema: Modelo mecánico cuántico ondulatorio

Entre 1924 y 1926, aparecieron nuevas propuestas sobre la estructura

electrónica de los átomos, las cuales reemplazaron el esquema de órbitas

propuesto por Bohr y Sommerfeld. Sin embargo, ni el conjunto de números

cuánticos n, l, m, s para cada electrón, ni las configuraciones electrónicas, ni la

interpretación de la periodicidad fueron afectadas. Las contribuciones más

importantes que se dieron hasta alcanzar el actual modelo del átomo son: * Louis

de Broglie. En 1923 propuso que todas las que hasta entonces habían sido

consideradas partículas (electrón, protón, neutrón) también podrían tratarse como

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onda. Actualmente la microscopía electrónica reconfirma que los electrones se

comportan no sólo como corpúsculos, sino también como ondas.

* Werner Heisenberg. En 1925, presenta una teoría llamada mecánica

matricial, que tenía en cuenta la naturaleza dual de los electrones. Dos años más

tarde presentó su principio de incertidumbre, según Heisenberg y Bohr, no puede

determinarse la posición y velocidad de un electrón. Proponen que existe una

incertidumbre de principio en los sistemas atómicos.

* Edwin Schroedinger. En 1926, publicó trabajos en los que utilizó ecuaciones

que antes sólo habían sido empleadas para fenómenos ondulatorios, obteniendo

resultados para los átomos. Por eso se le conoce como el creador de la mecánica

ondulatoria. Teoría que es equivalente a la mecánica matricial.

* Max Born. En la mecánica cuántica de Schroedinger, como se le conoce

hoy, aparece un ente matemático llamado función de onda, cuya interpretación no

quedaba clara. El alemán Born indicó que el cuadrado de la función de onda nos

proporciona la probabilidad de que el electrón se encuentre en las diversas

regiones del espacio. De esta manera nace la interpretación probabilística de la

mecánica cuántica.

En resumen, en el modelo actual de la estructura atómica, los electrones no

circulan en órbita, como sugería el modelo de Bohr y Sommerfeld, pues no son

corpúsculos en el sentido clásico, sino que aceptan a sí mismo una descripción

ondulatoria. Quedará claro para ti que un corpúsculo sí puede tener una posición

bien definida, pero ese no es el caso con una onda (por ejemplo, la onda que se

forma en un estanque al tirar una piedra está “en todas partes”). Esa naturaleza

dual de los electrones y el principio de incertidumbre sólo nos permiten conocer

cierto grado de precisión su posición y velocidad, y ello nos impide hablar de la

trayectoria de los electrones. Solamente podemos conocer la probabilidad de que

el electrón se encuentre aquí o allá. Nada más por ello, en lugar de hablar de

órbitas, el nuevo modelo habla de orbitales. Los electrones se comportan de

manera diferente a como lo hacen las partículas macroscópicas, y esto nos hace

difícil entender cabalmente la mecánica cuántica. No cabe duda de que el modelo

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actual de la estructura atómica es abstracto y complejo. Sin embargo, cada vez

que lo aplicamos para predecir algún hecho se obtienen resultados perfectamente

congruentes con los experimentos. A pesar de su complejidad e

incomprensibilidad, la mecánica cuántica acierta siempre. ¡Habrá entonces que

aceptarla!

EL RAYO LÁSER. LA ESPLÉDIDA LUZ



Tema: Estructura atómica

Láser es un acrónimo de amplificación de luz por emisión estimulada de la

radiación. Es un tipo especial de emisión que comprende ya sea átomos o

moléculas.

Desde su descubrimiento en 1960, el láser se ha utilizado en muchos

sistemas diseñados para operar en los estados sólido, líquido y gaseoso. Esos

sistemas emiten radiación con longitudes de onda que abarcan desde el infrarrojo,

pasando por el visible hasta el UV. La creación del láser ha revolucionado la

ciencia, la medicina y la tecnología.

El láser de rubí fue el primer láser conocido. El rubí es un mineral rojo

intenso que contiene corindón, Al2O3, en el que algunos de los iones Al3+ han sido

reemplazados por iones Cr3+. Para excitar a los átomos de cromo a un mayor nivel

de energía se utiliza una lámpara de destello. Los átomos excitados son

inestables, de tal forma que en un instante dado algunos de ellos regresan al

estado fundamental emitiendo un fotón en la región roja del espectro. El fotón

rebota varias veces hacia delante y hacia atrás en los espejos situados en los

extremos del tubo de láser. Este fotón puede estimular la emisión de fotones de

exactamente la misma longitud de onda de otros átomos de cromo excitados; estos

fotones, a su vez, pueden estimular la emisión de mas fotones, y así

sucesivamente. Como las ondas de la luz están en fase –es decir, sus máximas y

45


mínimos coinciden-los fotones se refuerzan entre si, aumentando su potencia con

cada paso entre los espejos. Uno de los espejos solo refleja en forma parcial, de

modo que cuando la luz alcanza cierta intensidad emerge del espejo como un rayo

láser. Según el modo de operación, la luz láser puede ser emitida en pulsos (como

en el caso del rayo láser de rubí) o bien en ondas continuas.

La luz láser se caracteriza por tres propiedades; es intensa, tiene longitudes

de onda precisas y en consecuencia, energía conocida, y además es coherente.

Ser coherente significa que todas las ondas de luz están fase. Los láser tienen

muchas aplicaciones, su gran intensidad y facilidad de enfoque los hace útiles para

cirugía ocular, para soldar y taladrar agujeros en los metales y para llevar a cabo la

fusión nuclear. Por ser altamente direccionales y tener longitudes de onda precisas

también son muy útiles en telecomunicaciones. Otro uso que se les da es en la

separación de isótopos, en holografía (fotografía en tres direcciones), en discos

compactos y aun en los supermercados para leer los códigos de barras de los

productos. Los láseres han desempeñado un papel importante en la investigación

espectroscópica de las propiedades moleculares y en muchos procesos químicos y

biológicos. Cada vez se utiliza más la luz del láser para probar los detalles de las

reacciones químicas.

46


MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

Chang, Raymond Química

Mc Graw Hill, 6a. Edición México 1999.

P. 259 Tema: Estructura atómica

El microscopio electrónico es una aplicación muy valiosa de las propiedades

ondulatorias de los electrones porque produce imágenes de los objetos que no

pueden verse a simple vista o con el microscopio de luz. De acuerdo con las leyes

de la óptica, es imposible formar una imagen de un objeto que sea menor que la

mitad de la longitud de onda de la luz usada para la observación. Dado que el

intervalo de las longitudes de onda de la luz visible empieza alrededor de 400 nm o

4x10-5 cm, no es posible ver algo que tenga un tamaño menor que 2x10-5 cm. En

principio, podemos ver objetos en la escala atómica y molecular por medio de

rayos X, cuyas longitudes de onda están entre 0.01 nm y 10 nm. Sin embargo, los

rayos X no se pueden enfocar, de manera que no producen imágenes bien

definidas. Por otro lado, los electrones son partículas cargadas que se pueden

enfocar de la misma forma que se enfoca la imagen de una pantalla de TV, es

decir, aplicando un campo eléctrico o un campo magnético. De acuerdo con la

ecuación, la longitud de onda de un electrón es inversamente proporcional a su

velocidad. Al acelerar los electrones a grandes velocidades, se pueden obtener

longitudes de onda tan cortas como 0.004 nm. Un tipo distinto de microscopio

electrónico, denominado microscopio de túnel de rastreo (MTR), utiliza otra

propiedad de la mecánica cuántica del electrón para producir una imagen de los

átomos de la superficie de una muestra. Debido a su masa tan pequeña, un

electrón puede atravesar una barrera de energía por un “túnel” (en lugar de

superarla). En el MTR, la fuente de los electrones que pasan por el túnel consiste

de una aguja de tungsteno metálico con la punta muy fina. Entre la aguja y la

superficie de la muestra se mantiene un voltaje para inducir a los electrones a que

formen un túnel a través del espacio que hay hasta la muestra. Cuando la aguja

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pasa a una distancia de unos cuantos diámetros atómicos de la superficie de la

muestra, se mide la corriente del tonelaje. Esta corriente disminuye al aumentar la

distancia entre la aguja y la muestra. Por medio de un asa de retroalimentación, se

puede ajustar la posición vertical de la punta de la aguja a una distancia constante

de la superficie de la muestra. La magnitud de estos ajustes da un perfil de

muestra, los cuales se registran y se proyectan como una imagen tridimensional

con colores falsos.

Tanto el microscopio electrónico como el MTR están entre las herramientas

más poderosas en la investigación química y biológica.

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SUPERCONDUCTORES




El paso de la electricidad a través de un material se logra a pesar de un

fenómeno de resistencia. Por este efecto, la energía eléctrica se desperdicia

parcialmente y se convierte en calor. Es por ello que se utilizan como conductores

eléctricos materiales con baja resistencia: los metales.

Reciben el nombre de superconductores las sustancias que no presentan

resistencia alguna al flujo de la corriente. Su descubrimiento data de principios de

siglo. En 1908 se dio un paso trascendente en la búsqueda de la menor

temperatura posible, el cero absoluto, cuando se logró licuar el helio a una

temperatura de cuatro kelvin. Pronto se descubrió (1911) que un metal sumergido

en helio líquido no mostraba resistencia al paso de la corriente eléctrica. Hubo que

esperar cincuenta años para que apareciera una teoría que diese explicación a

este fenómeno.

Sus autores (Bardeen, Cooper y Schrieffer) recibieron el premio Nóbel e

física en 1972. En la teoría BCS, como se le llama, los electrones (como siempre)

se repelen unos a otros debido a la fuerza de Coulomb. No obstante, aparece entre

ellos una atracción mediada por su interacción con las vibraciones del sólido, por la

que se forman parejas de electrones (pares de Cooper) que se acoplan para viajar

sin resistencia a través del material.

Desde el mismo descubrimiento de la superconductividad, se estableció una

especie de “carrera” por hallar materiales que presentaran el fenómeno a

temperaturas mayores. En abril de 1986 el récord era de 35 grados kelvin, muy

lejos aún de la aplicación tecnológica factible.

49


La revolución científica ocurrió en febrero de 1987, cuando se consiguió que

un material cerámico súper condujera a 98 kelvin (-175 grados centígrados).

Aunque parece una temperatura aún muy fría, resulta superior a la de licuefacción

del nitrógeno del aire. El nitrógeno líquido es tan barato como la leche, y el

superconductor muestra sus propiedades en cuanto se le sumerge en este líquido.

Ello abrió las puertas a multitud de especulaciones sobre las posibles aplicaciones

tecnológicas del fenómeno, de las que seguramente pronto seremos testigos:

• Ahorro energético equivalente a estratosféricas cantidades financieras.

• Como los materiales superconductores no admiten campos magnéticos en

su interior, levitan en presencia de un imán. Se estima que podrán construirse

trenes suspendidos en “colchones” magnéticos y que viajarán a cientos de

kilómetros por hora.

• Computadoras aún más pequeñas y veloces.

• Una tecnología práctica para obtener energía de la fusión nuclear.

Ilustración: Superconductores 1-2-3. Estructura de una perovsquitas

superconductora del compuesto YBa2Cu3O7. Como estos compuestos presentan

un átomo de ytrio, dos de bario y tres de cobre, también se conocen como

50


compuestos 1-2-3. El ytrio puede ser remplazado por una tierra rara. Los círculos

negros corresponden a átomos de cobre y los blancos a oxígeno. Con círculos de

puntos se muestran los átomos de oxígeno faltantes con respecto a una

perovsquita

común. Estos materiales cerámicos, como el YBa2 Cu3O7 tienen una estructura

complicada, similar a la del mineral llamado perovsquita (CaTiO2). La

supercolectividad eléctrica se presenta en las lajas que contienen átomos de cobre

y oxígeno, situadas entre los átomos de ytrio y bario, los cuales desempeñan un

papel esencial.

Aún no está clara la forma de aprovechar comercialmente estos materiales

en multitud de dispositivos superconductores, pues los tecnólogos todavía no han

podido resolver algunos problemas. Sin embargo, este descubrimiento pasará a la

historia como una de las contribuciones más importantes de la química a la ciencia

de los materiales.

51


FISIÓN NUCLEAR




El bombardeo de núcleos con neutrones se inició desde el mismo

descubrimiento de éstos, en 1932. Enrico Fermi, en Roma, obtuvo muchos

núclidos artificiales empleando esta técnica, pero fue Hahn quien descubrió un

nuevo tipo de reacción nuclear cuando provocó la colisión de neutrones lentos

contra el uranio-235.

Se denominó fisión a esta reacción, ya que el uranio se parte en dos

grandes pedazos. La pérdida de masa durante la fisión es grande, así que libera

enormes cantidades de energía. Basta fisionar un gramo de uranio-235 para

producir el calor equivalente a la combustión de ¡2600 toneladas de carbón! Como

es un neutrón el que provoca la reacción, y al final se producen neutrones

adicionales, es factible utilizar los neutrones producidos para fisionar nuevos

núcleos de uranio. Con ello se establece la llamada reacción en cadena.

La reacción de fisión es el principio de las primeras bombas atómicas,

manifestaciones explosivas que matan por el calor generado (la temperatura

alcanza los millones de grados en el centro de la explosión) y por la radiación

esparcida en una amplia zona. Afortunadamente, la reacción en cadena ha podido

controlarse y ser aprovechada.

Un reactor nuclear, precisamente, puede aprovechar la energía liberada

durante la fisión y transformarla, por ejemplo, en electricidad.

Actualmente es tema de debate mundial la construcción de reactores

nucleares para usos pacíficos. Existen factores económicos y tecnológicos a favor

del núcleo electricidad, como se le ha llamado. Por otro lado, algunos de los

factores en contra son:

52


1) El uranio natural apenas tiene 0.7% del isótopo 235. El 99.3% restante es

uranio-238, que no es fisionable. Para aumentar la proporción de uranio-235 se

requiere una planta de enriquecimiento, con un costo tan alto que sólo unos pocos

países poseen una. Abasto coloca en desventaja al resto de las naciones, que

dependerían de aquéllos para obtener su combustible.

2) El uranio-238, en lugar de fisionarse, absorbe los neutrones y produce el

elemento plutonio. El plutonio es fisionable, y es el núcleo preferido por las

grandes potencias para fabricar bombas atómicas. Muchas veces han promovido

el montaje de plantas nucleares en diversos países para comprar luego el plutonio

que se genera en la misma producción de electricidad. El plutonio, además, es

mucho más radiactivo y peligroso que el uranio-235. En resumen, la proliferación

de reactores nucleares se debe, en parte, a objetivos militares muy poco éticos.

3) Los núcleos producto de la fisión son sumamente radiactivos. En especial,

el kriptón-85 gaseoso puede pasar a la atmósfera. Otros residuos deben

almacenarse cuidadosamente durante miles de años, pues de otra forma

contaminarían suelo, aire y agua, y podrían incluso penetrar en la cadena

alimenticia.

4) La seguridad en el manejo de los reactores nucleares ha quedado en

entredicho después de los accidentes en Three Mile Island, Estados Unidos. Y

Chernobyl, Unión Soviética. A pesar de todo lo anterior, la humanidad necesitará

producir más energía. Y como en el futuro el petróleo se extinguirá, habremos de

estar preparados para sustituirlo por otras fuentes energéticas. La fisión nuclear es

una alternativa que deberemos comparar con las otras que existan, no obstante su

peligrosidad y el hecho de que el uranio disponible no es demasiado.

FUSIÓN NUCLEAR




53


Actualmente salen del Sol unos 4 x 1027julios por segundo, de los cuales

llegan a la tierra cerca de 172 PJ, ¡cada segundo! Seguramente te tocará a ti, que

vivirás el siglo XXI, aprovechar toda esta energía solar como una fuente prioritaria.

La fusión es fuente de energía de las estrellas. Allí, a temperaturas de

millones de grados, es factible que los núcleos ligeros se fundan. Para aprovechar

en la Tierra este tipo de energía, el problema es como controlar esas altísimas

temperaturas.

Una bomba atómica de fusión sí permite obtener la temperatura necesaria.

De hecho, la llamada bomba H consiste de un par de bombas: una de fisión, con

plutonio, y otra de fusión, con hidrógeno.

En la actualidad se persiste en una búsqueda afanosa de condiciones

tecnológicas que permiten llevar a cabo estas reacciones de fusión en forma

controlada. El siglo XXI dirá si el hombre pudo finalmente “reproducir” una estrella

en una instalación industrial.

CAPÍTULO 3

ELEMENTOS QUÍMICOS Y TABLA

PERIÓDICA METALES Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA


Addison Wesley Iberoamericana p. 424 y 456-457

Tema: Metales y no metales

Las energías de ionización de los átomos metálicos son las más pequeñas

entre los elementos. Debido a esto, cuando se forma un metal, los electrones más

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externos quedan deslocalizados, es decir, dejan de pertenecer únicamente a un

átomo metálico, para pasar a formas parte de toda la red cristalina. Esta nube de

electrones mantiene unido al arreglo de iones positivos.

Basta una pequeña diferencia de potencial para que los electrones “libres”

de los metales se muevan a lo largo del sólido, razón por la cual son muy buenos

conductores de la electricidad. Los cables eléctricos que utilizamos son de cobre.

La plata conduce mejor la electricidad pero es mucho más cara.

SEMICONDUCTORES Y TRANSISTORES

Prácticamente toda la tecnología moderna de comunicación (radio, fax, TV,

PC, teléfonos, redes, etc.) está basada en fenómenos y procesos que tienen que

ver con la conducción eléctrica de manera muy controlada, a través de dispositivos

semiconductores incorporados en circuitos integrados. Estos dispositivos están

hechos de Silicio muy puro al que se le han agregado muy pequeñas cantidades

de otros elementos de las familias adyacentes a la suya en la tabla periódica. Un

cristal puro de silicio es aislante (es decir, mal conductor de la electricidad), lo cual

implica que es necesario aplicar una gran cantidad de energía para lograr que los

electrones circulen a lo largo del cristal. El cual está formado de una enorme

cantidad de átomos y, por tanto, de electrones (cada átomo de silicio tiene 4

electrones de valencia). Los niveles de energía disponibles en el sólido son

también muchos y, a diferencia de los átomos aislados donde las energías

disponibles están bien espaciadas, en el sólido hay todo un continuo de niveles

(llamados bandas). Los electrones de valencia del silicio (Si) están localizados

sobre los átomos y ocupan lo que se conoce como banda de valencia, a energías

bajas. Sin embargo, a energía más alta se encuentra la banda de conducción, que

tiene niveles más deslocalizados pero no contiene electrones. Sólo cuando los

electrones del Si adquieren la energía suficiente para “saltar” de la banda de

valencia a la de conducción es que el cristal puede conducir la corriente. Si un

cristal de silicio se contamina cuidadosamente con un elemento que contenga un

electrón más de valencia (como el arsénico), los niveles energéticos del material

55


(silicio “dopado” con arsénico As) lo harán semiconductor (por fácil acceso de los

electrones a la banda de conducción), ya que, el quinto electrón del As no se

emplea para enlazarse con los otros átomos de Si (ya que el Si solo requiere 4

electrones), sino que queda libre para moverse dentro del cristal, pues la energía

que necesita para alcanzar la banda de conducción es mucho menor que en el

caso del silicio puro. A estos materiales se les conoce como semiconductores

tipo n (“n” de negativo).Por el contrario, si el dopado es con boro B, habrá un

defecto de electrones en la banda de valencia, y el cristal será un aceptor de

carga. O un semiconductor tipo p.

LOS UTENSILIOS DE COCINA Y LOS METALES

Chamizo J. A.; Petrich, Margarita Química 1

Editorial Esfinge p. 138.

Tema: Metales

El aluminio es uno de los elementos metálicos más comunes y utilizados en

el mundo. Prácticamente no hay hogar en el que no se encuentre, formando parte

de ollas o cucharas, marcos de ventanas, partes de lámparas o cerraduras. Pero

esto es parte de una historia reciente. Durante el siglo XIX en 1885, era tan raro,

que en la exposición de las joyas reales en París se colocó una barra de aluminio

junto a la corona real.

Menos del 1% de la corteza terrestre contiene aluminio. Es un metal blando

y de baja densidad, sin embargo, muchas de sus aleaciones lo hacen duro y

resistente, así que cuando se necesita un metal duro pero ligero se utiliza el

aluminio. Aunque es un metal que reacciona fácilmente, el óxido que se forma en

una superficie, forma una delgada película transparente que lo protege de futuras

oxidaciones. Los seres humanos no hemos estado expuestos al aluminio hasta

hace algunas generaciones, por lo que se están estudiando sus efectos tóxico en

el organismo.

56


La formación de los conocidos e indeseados óxidos sobre los metales se

debe al contacto de éste con aire húmedo (oxígeno y agua). Durante mucho

tiempo los químicos han investigado la manera de evitar la formación de óxidos

metálicos, sobre todo el óxido de hierro o herrumbre. Esto se ha logrado,

básicamente, a través de tres métodos: con recubrimientos protectores, por

protección catódica (como el galvanizado o cromado) o por medio de aleaciones.

Una de las aleaciones del hierro con mayor resistencia a la oxidación es el

conocido acero inoxidable.

El acero inoxidable contiene aproximadamente 74% de hierro, 18% de

cromo y 8% de níquel, y además, menos del 1% de carbono (éste prácticamente lo

acompaña desde su extracción de los yacimientos); también puede tener cobalto.

La elaboración de esta aleación se realiza en hornos eléctricos (altos hornos) que

funden, a cientos de grados centígrados los diferentes metales. El óxido que llega

a formarse sobre los utensilios de acero inoxidable es una capa tan delgada y

transparente que no le resta brillo, además evita el contacto del metal con el aire y

la humedad.

México es un importante país productor de acero, la planta más grande en el

país se encuentra en Lázaro cárdenas, Michoacán. En nuestro país se desarrolló

uno de los procesos utilizados mundialmente para la fabricación del “hierro

esponja”, una forma del acero.

57


HIERRO ESPONJA



Tema: Metales

Tal vez la tecnología mexicana más conocida en el extranjero sea la que

desarrolló la compañía Hojalata y Lámina (HYLSA), de Monterrey, respecto al

llamado “hierro esponja”.En 1957, un efecto de la guerra de Corea fue la elevación

de los precios de la chatarra. HYLSA, que producía aeroplanos a partir de chatarra,

hubo de iniciar un programa de investigación cuyo resultado fue el proceso de

reducción directa del mineral de hierro: una tecnología tercermundista de primera

línea. Treinta años más tarde, cuando la producción mundial de hierro alcanza los

mil millones de toneladas, la tecnología de HYLSA sigue siendo líder en el campo

de obtención de hierro por reducción directa.

En el proceso, la proporción de oxígeno que se encuentra combinada

químicamente con el hierro en el mineral se va reduciendo en forma paulatina

gracias a la acción de una mezcla de H2 y CO que se alimenta a 800º C. Ambas

sustancias van tomando átomos de oxígeno del mineral (se oxidan), para formar H2

y CO2 De esta manera, el Fe2O3 se convierte en Fe3O4, luego en FeO y finalmente

en el elemento Fe, lo que se indica químicamente con el nombre inverso a la

oxidación: la reducción. El resultado es un hierro poroso, esencialmente con la

misma forma y tamaño que la partícula de mineral, que es una magnífica “carga”

para la elaboración de acero en un horno eléctrico, pues está libre de impurezas

metálicas, es fácil de manejar y transportar y posee una composición química

uniforme y precisa.

EL CUCHILLO EQUIVOCADO


McGraw Hill, 6a. Edición México 1999.

58


P. 504 Tema: Metales

El doctor Thomas Noguchi, un renombrado médico de Los Ángeles,

practicaba la autopsia a un joven de alrededor de veinte años que había sido

asesinado con un arma blanca. Un detective de homicidios del departamento de

policía entró en la habitación. Llevaba un maletín color café que contenía el arma

mortal. “¿Quiere echarle una mirada?”, preguntó.

El doctor no alardeaba. Quería demostrar una importante técnica forense a

los médicos residentes de patología, que observaban la autopsia. El método

tradicional para medir la longitud de un cuchillo consistía en introducir una

disolución de sulfato de bario (BaSO4) en la herida y después hacer un estudio de

rayos X, pero él creía haber encontrado un método mejor.

Encendió un mechero de Bunsen y fundió un poco de metal de Wood, ante

la mirada del detective y los residentes. (El metal de Word es una aleación de

bismuto, plomo, estaño y cadmio, que tiene un bajo punto de fusión, de 71° C).

A continuación seleccionó una herida del tórax de la víctima, localizada por

encima del hígado e introdujo por ella el metal líquido, que se deslizó por la herida

hasta llegar al hígado. Cuando se enfrió el metal, obtuvo un molde exacto de la

punta del arma asesina. Agregó la medida de esta punta a la distancia entre el

hígado y la superficie de la piel del tórax. Después le dijo al detective de

homicidios: “Se trata de un cuchillo de cinco y media pulgadas de largo, una

pulgada de ancho y un dieciseisavo de pulgada de grueso”.

El detective sonrió y miró en su maletín. “Lo siento, doctor Noguchi”. Sacó

una navaja mucho más pequeña, de sólo 3 pulgadas de largo.

“Es el cuchillo equivocado”, dijo inmediatamente el doctor. “Oh, ahora escuche”, dijo el detective. “Encontramos el cuchillo con el que lo

mataron en la misma escena del crimen”.

“Esa no es el arma asesina”, insistió el doctor.

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El detective no podía creerle. Pero dos días después, la policía encontró un

cuchillo ensangrentado en un bote de basura a dos cuadras de la escena del

crimen. El arma medía exactamente cinco y media pulgadas de largo, una pulgada

de ancho y un dieciseisavo de pulgada de grosor. Y la sangre que había en la hoja

coincidía con la de la víctima.

Era el arma asesina. La navaja que había descubierto la policía en la escena

del crimen había sido utilizada por la víctima para defenderse. Y dos cuchillos

significaban una lucha con cuchillos. ¿Era parte de un pleito entre pandillas? La

policía investigó y encontró que la víctima era miembro de una pandilla que estaba

en pleito con otra. Al interrogar a los miembros de la pandilla rival, finalmente

identificaron al asesino.

60


METAL A PARTIR DEL MAR



p. 143 Tema: Metales

El magnesio es un valioso metal ligero que se utiliza como material

estructural y también en aleaciones, en baterías y síntesis química. Aunque el

magnesio es abundante en la corteza terrestre, es más barato extraerlo del agua

de mar. El magnesio constituye el segundo catión más abundante en el mar

(después del sodio); en él, hay alrededor de 1.5 g de magnesio por kilogramo de

agua de mar. El proceso para obtener magnesio del agua marina utiliza tres tipos

de reacciones: precipitación, ácido-base y redox.

En la primera etapa de recuperación del magnesio, la piedra caliza (CaCO3)

se calienta a temperaturas elevadas para formar cal viva, u óxido de calcio (CaO):

CaCO3(s) →CaO(s) + CO2 (g)

Cuando el óxido de calcio es tratado con agua de mar, forma hidróxido de

calcio (Ca(OH)2), compuesto ligeramente soluble que se ioniza para formar iones

Ca+2 y OH-:

CaO(s) + H2O(l) → Ca+2(ac) y 2OH-(ac)

El exceso de iones hidroxilo ocasiona que precipite el hidróxido de

magnesio, un compuesto menos de soluble:

Mg2+(ac) + 2OH-(aC) → Mg(OH)2(s)

El hidróxido de magnesio sólido se filtra y se hace reaccionar con ácido

clorhídrico para formar cloruro de magnesio (MgCl2):

61


Mg(OH)2(s) + 2HCl(ac) →MgCl2(ac) + 2H2O (l) Después de evaporar el agua, el cloruro de magnesio sólido se funde en una

celda de acero. El cloruro de magnesio fundido contiene iones de Mg2+ así como

iones Cl-. En un proceso denominado electrólisis, se hace pasar una corriente

eléctrica a través de la celda para reducir los iones Mg2+y oxidar los iones Cl-. Las

semirreacciones son:

Mg2+ + 2e- →Mg

2 Cl- →Cl2 + 2e-

La reacción completa es

MgCl2(l) → Mg(l) + Cl2(g)

Esta es la forma en que se produce el magnesio metálico. El gas cloro

generado se puede convertir en ácido clorhídrico reciclarse en el proceso.

62


¿CON QUE SE TAPAN LAS MUELAS?

Chamizo J. A.; Petrich, Margarita Química 1

Editorial Esfinge p. 138.

Tema: Metales

¿Tienes alguna muela “tapada” con amalgama? ¡Pues tienes una aleación

de cuatro metales en tu boca! Plata, cobre, estaño y mercurio. ¿Que por qué se

utilizan exactamente estos metales y no otros? El material que va a sustituir alguna

fracción dental (sobre todo las muelas), debe tener características muy especiales:

no ser tóxico, ser resistente, no reaccionar con las sustancias que se ingieren o

con la saliva y adherirse firmemente al material que forma el cuerpo de la pieza

dentaria, esto es, el esmalte al exterior (formado por cristales de hidroxiapatita, que

es una clase particular de fosfato de calcio) y la dentita (sustancia menos

mineralizada que el esmalte, muy permeable que transmite todas las agresiones

del exterior a la pulpa).

Los metales que se utilizan para preparar la amalgama deben ser

químicamente puros, el dentista los adquiere de los laboratorios farmacéuticos en

forma de tabletas comprimidas. Se trituran en un mortero mezclándose con el

mercurio, así es como se forma una masa que tarda en endurecer

aproximadamente 12 hrs. Cuando la parte dental que hay que reconstruir es muy

angulosa o grande, el dentista prefiere colocar una incrustación, que generalmente

se hace de oro de 18 kilates (el oro de 14 kilates reacciona fácilmente con los

ácidos bucales, provocando mal sabor), que se elabora sobre un molde de cera

(técnica conocida como “cera perdida”).

El oro por sí solo no se adhiere al material dental como la amalgama, por lo

que se coloca un cemento que se hace mezclando oxifosfato de zinc y ácido

ortofosfórico. La industria químico farmacéutica ha desarrollado sustitutos acrílicos

y resinas sintéticas que sustituyen los metales en la reconstrucción y reparación de

las piezas dentales, haciendo el procedimiento más barato, sencillo y duradero.

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¿EL TERCER ELEMENTO LÍQUIDO?


Mc Graw Hill, 6a. Edición México 1999. p. 302

Tema: Tabla periódica

De los 112 elementos que se conocen, 11 son gases en condiciones

atmosféricas. Seis de éstos pertenecen a los elementos del grupo 8A (los gases

nobles He, Ne, Ar, Kr,Xe, y Rn) y los otros 5 son hidrógeno (H2), nitrógeno (N2),

oxígeno (O2), flúor (F2) y cloro (Cl2). Curiosamente, sólo dos elementos son líquidos

a 25º C: mercurio (Hg) y bromo (Br2).

No se conocen las propiedades de todos los elementos identificados porque

algunos de ellos nunca se han preparado en cantidades suficientemente grandes

para investigación. En estos casos se tiene que confiar en la tendencia periódica

para predecir sus propiedades. ¿Qué posibilidades hay, entonces, de descubrir un

tercer elemento líquido?

Véase el francio (Fr) el último miembro del grupo 1A, para ver si podría ser

un líquido a 25º C. Todos los isótopos del francio son radiactivos. El isótopo más

estable es el francio-223, que tiene una vida media de 21 minutos, (vida media es

el tiempo que tardan en desintegrarse a la mitad de una cierta cantidad los núcleos

de cualquier sustancia radiactiva.) Esta vida media tan corta significa que sólo

podrían existir pequeñas huellas de francio en la Tierra. A pesar de que es factible

preparar el francio en el laboratorio, no se ha preparado o aislado una cantidad que

pueda pesarse. Por esta razón se conoce muy poco de las propiedades físicas y

químicas del francio. Sin embargo, se pueden utilizar las tendencias periódicas

para predecir algunas de sus propiedades.

Considérese como ejemplo el punto de fusión del francio. La gráfica muestra

cómo varían los puntos de fusión de los metales alcalinos con el número atómico.

Del litio al sodio el punto de fusión disminuye 81.4º C; del sodio al potasio, 34.6º C;

del potasio al rubidio, 24º C, del rubio al cesio 11º C. Con base en esta tendencia,

64


se puede predecir que la disminución del cesio al francio sería 23 º C, lo que lo

convertiría en un líquido en condiciones atmosféricas.

65


HIDRÓGENO METÁLICO



p.838 Tema: Metales

Desde hace mucho tiempo, a los científicos les interesa el comportamiento

de las sustancias no metálicas, las cuales incluyen al hidrógeno, una vez

sometidas a una presión elevada. Se ha predicho que cuando los átomos o

moléculas se comprimen, sus electrones de enlace pueden deslocalizarse y

producir un estado metálico.

En 1996, algunos físicos del laboratorio Lawrence Livemore utilizaron un

cañón de 60 pies de longitud para lograr, con un disparo, la comprensión de una

capa delgada (0.5mm) de hidrógeno líquido. Durante un instante, a una presión

entre 0.9 y 1.4 millones de atmósferas, pudieron medir la conductividad eléctrica de

la muestra de hidrógeno y encontraron que era comparable con la del cesio

metálico a 2 000 K. (La temperatura de la muestra de hidrógeno se elevó como

resultado de la compresión, aunque se mantuvo la forma molecular.)

A medida de que la presión disminuía, también desaparecía el estado

metálico del hidrógeno. Este experimento indica que si se puede mantener el

hidrógeno metálico en un estado estable, incluso puede actuar como

superconductor a temperatura ambiente. El hecho que el hidrógeno se vuelva

metálico a una menor presión que las imaginadas, proporciona un punto de vista

nuevo en la ciencia planetaria. Durante años, a los científicos les sorprendió el

fuerte campo magnético de Júpiter, 20 veces mayor que el de la tierra, ya que el

resultado del movimiento de convección de los fluidos conductores eléctricos de su

interior (por ejemplo, el campo magnético de nuestro planeta se debe al

movimiento del hierro líquido impulsado por el calor, dentro de su núcleo). Júpiter

consta de una capa externa de hidrógeno molecular no metálico, que transforma

66


de manera continua el hidrógeno del núcleo en un fluido de hidrógeno metálico. En

la actualidad, se cree que esta capa metálica se encuentra muy cerca de la

superficie (ya que la presión necesaria para convertir el hidrógeno molecular en

metálico no es tan elevada como se pensó originalmente), lo que explicaría el

campo magnético tan elevado de Júpiter.

HIDRÓGENO. UN NO METAL DEL GRUPO 1



Tema: Metales y no metales. Periodos y Grupos

El hidrógeno acompaña en la tabla periódica a los metales alcalinos en el

grupo 1, pero es un no metal. En la Tierra se presenta combinado. El principal

compuesto que forma es el agua, que cubre la mayor parte de la corteza.

Se trata de un gas sin color, olor, ni sabor, con la menor densidad de todas

las sustancias.

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Industrialmente se le obtiene por diversos procesos, dos de los cuales son:

a) A partir de gas natural, procesos que se lleva a cabo en hornos a unos 1000º C.

b) Formación de gas de agua, obtenido por la reacción del carbón de coque

con vapor, a alta temperatura.

La mezcla que resulta de esta reacción se llama también gas de síntesis.

Cuando el petróleo se agote, una alternativa para fabricar gasolinas será

aprovechar el gas de síntesis; sin duda, una mezcla importante para el siglo XXI.

El gas hidrógeno se utiliza ampliamente en la industria (en la producción de

amoniaco, cloruro de hidrógeno, alcohol, etcétera) y como combustible (en cohetes

espaciales y soldadura, por ejemplo).

El automóvil no contaminante del siglo XXI quemará hidrógeno y producirá

agua. Ya existen prototipos construidos y probados de autos de hidrógeno.

CARBONO. UN NO METAL DEL GRUPO 14



Tema: Periodos y grupos

Se representa en la naturaleza en dos formas cristalinas alotrópicas:

diamante y grafito y en múltiples formas amorfas (como el hollín).

El carbono también se encuentra impuro en depósitos de acumulación y

descomposición de materia orgánica, en forma de turba, lignita, hulla o antracita.

La propiedad química más trascendente de este elemento es su capacidad

para enlazarse en largas cadenas de átomos, por lo que forma una enorme

cantidad de compuestos, de cuyo estudio se encarga la química orgánica.

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En México, los principales depósitos carboníferos se localizan en Coahuila,

Oaxaca y Sonora.

69


FÓSFORO. UN NO METAL DEL GRUPO 15.




El fósforo, al igual que el carbono, ocurre en formas alotrópicas: fósforo

blanco, rojo y negro.

El fósforo blanco existe como moléculas tetraédricas de P4 que reaccionan

con oxígeno a temperatura ambiente. El fósforo rojo es un polímero de fósforo, que

se obtiene por calentamiento del blanco. El fósforo negro, menos común que los

otros dos, es una forma cristalina, con propiedades similares al grafito.

El fósforo se presenta como óxido y fosfato en la llamada roca fosfórica, que

se usa como materia prima en la industria de fertilizantes fosfatados y en la

fabricación de detergentes, lacas, azúcar, textiles y cerámicas.

70


AZUFRE. UN NO METAL DEL GRUPO 16




El azufre se manifiesta también de diversas maneras alotrópicas. Las dos

formas sólidas se llaman rómbicas y monoclínicas. En fase líquida se presenta

generalmente en forma molecular como S8, y como gas se han identificado

moléculas de S8, S4, y S2.

Los usos del azufre son muy diversos: en la elaboración de insecticidas,

pigmentos, plásticos y, primordialmente, de ácido sulfúrico, otro compuesto básico

para la industria.

En forma natural se presenta en yacimientos de origen volcánico y en

domos salinos, los que abundan en México en el istmo de Tehuantepec, de donde

se extrae por inyección de agua caliente o vapor. Recientemente PEMEX ha

incrementado la producción de azufre, mediante la recuperación del sulfuro de

hidrógeno que acompaña al gas natural y de los productos azufrados que vienen

mezclados con el petróleo crudo.

EL DESCUBRIMIENTO DE LOS GASES NOBLES


Mc Graw Hill, 6a. Edición México 1999.

P. 319 Tema: Metales

A finales de 1800, John William Strutt, tercer barón de Rayleigh, quien era

profesor de física en el Laboratorio Cavendish, en Cambridge, Inglaterra,

determinó con precisión las masas atómicas de un gran número de elementos,

pero obtuvo un extraño resultado con el nitrógeno. Uno de sus métodos para

71


preparar nitrógeno consistía en la descomposición térmica del amoniaco. Otro

método consistía en empezar con aire, al cual le quitaba oxígeno, el dióxido de

carbono y el vapor de agua. Invariablemente, el nitrógeno que obtenía a partir de

aire era un poco más denso (alrededor de un 0.5) que el nitrógeno que obtenía a

partir del amoniaco.

El trabajo de Lord Rayleigh llamó la atención de Sir William Ramsay, un

profesor de química del Colegio Universitario de Londres.

En 1898 Ramsay hizo pasar una corriente de nitrógeno, que obtuvo a partir

del aire siguiendo el procedimiento Rayleigh, sobre el magnesio caliente al rojo

para convertirlo en nitruro de magnesio:

3Mg(s)+ N2(g) → Mg3N2(s)

Una vez que todo el nitrógeno había reaccionado con el magnesio,

Ramseyse encontró con un gas desconocido que no había reaccionado.

Con la ayuda de Sir William Crookes, el inventor del tubo de descargas, Ramsay y

Lord Rayleigh encontraron que el espectro de emisión de dicho gas no

correspondía con el de ningún elemento conocido. ¡El gas era un elemento nuevo!

Determinaron que su masa atómica era de 39.95 uma y le llamaron argón, que

proviene del griego y significa “el perezoso”.

Una vez descubierto el argón, rápidamente se identificaron otros gases

nobles. También en 1898 Ramsay había aislado helio a partir de minerales de

uranio a partir de las masas atómicas del helio y del argón, de su falta de

reactividad química y de su conocimiento de la tabla periódica, Ramsay estaba

seguro de que había otros gases inertes y que todos debían ser miembros del

mismo grupo. Él y un estudiante, Morris Travers, se dedicaron a encontrar los

gases desconocidos. Utilizaron un congelador para producir, primero, aire líquido.

Mediante la aplicación de la técnica de destilación fraccionada, permitieron que el

aire líquido se calentara gradualmente y separaron los componentes que ebullían a

diferente temperatura. De esta forma analizaron e identificaron tres elementos

72


nuevos –neón, kriptóny xenón-en un periodo de sólo tres meses. ¡Tres elementos

en tres meses es una marca que jamás se podrá romper!

El descubrimiento de los gases nobles ayudó a completar la tabla periódica.

Sus masas atómicas sugerían que estos elementos debían colocarse a la derecha

de los halógenos. La discrepancia aparente respecto de la posición del argón fue

resuelta por Moseley con la ley periódica moderna.

El último miembro de los gases nobles, el radón, fue descubierto por el

químico alemán Frederick Dornen 1900. El descubrimiento del radón, un elemento

radiactivo y el gas elemental más pesado que se conoce, no sólo completó los

elementos del grupo 8A, también proporcionó una mejor comprensión respecto de

la naturaleza del decaimiento radiactivo y la transmutación de los elementos.

Lord Rayleig y Ramsay ganaron los respectivos premios Nobel en 1904 por

el descubrimiento del argón. Lord Rayleig recibió el premio de física y Ramsay el

de química.

APROVECHEMOS LA NOBLEZA DE LOS GASES NOBLES




Las aplicaciones de los gases nobles son muy variadas:

• Por ser el helio el elemento con el más bajo punto de licuefacción, 4.1 º K (-

268.9º C), se utiliza en estado líquido como el refrigerante más frío que existe. A

estas temperaturas se presentan fenómenos muy peculiares en la materia, por lo

que se le emplea para estudiar el comportamiento de los materiales en estas

condiciones extremas, donde aparecen nuevos fenómenos cuánticos como la

superconductividad o la súper fluidez (el He3líquido no presenta resistencia al

flujo). Aunque producir helio líquido cuesta bastante, su aplicación tecnológica es

73


un hecho en microscopios electrónicos superpotentes, supercomputadoras o

trenes veloces que funcionan por la levitación magnética.

• Los gases nobles se usan para fabricar láseres. El de helio-neón emite una

luz roja con = 632.8ג nm.

• El neón sigue utilizándose para fabricar tubos de descarga con los que a su

vez se hacen los anuncios de luz rojo-naranja de algunos establecimientos.

• Su poca reactividad es aprovechada en algunas aplicaciones metalúrgicas

que requieren atmósferas inertes, o para llenar con ellos bombillas eléctricas y así

prolongar la vida del filamento.

¿NO QUE NO REACCIONAN?




Los conceptos de Lewisy Kossel sobre la estabilidad de los gases nobles,

producto de su configuración electrónica, hicieron que durante muchos años ni

siquiera se pensara la posibilidad de preparar compuestos derivados de estos

gases.

En 1962, el químico estadounidense N. Bartlett descubrió accidentalmente,

mientras trabajaba con hexafluoruro de platino, PtF6, que este compuesto es un

poderoso agente oxidante. Es capaz, por ejemplo, de quitarle un electrón a la

molécula de O2 para producir el compuesto iónico O2 + (PtF6)-.

Bartlett se dio cuenta de que la energía de ionización del O2es muy alta,

semejante a la de los gases nobles Xe y Rn; por eso, hizo reaccionar el PtF6 con

Xe y obtuvo los compuestos XeF4 y XeF2. Por primera vez se obtenían moléculas

con gases nobles.

74


Hasta el momento sólo se ha podido aislar compuestos de Xe y Kr

enlazados a átomos muy electronegativos, como F y O, aunque se conocen unos

pocos casos con Cl, N y C. Es posible obtener derivados semejantes con el Rn,

pero sus características radiactivas dificultan mucho su estudio. De los gases

nobles más ligeros sólo se conocen compuestos inestables.

Paradójicamente, las técnicas para sintetizar los compuestos de los gases

nobles se conocían 30 años antes de que se prepararan dichos materiales.

Como ves, se pensaba que el octeto de los gases nobles cerraba la

posibilidad de que se enlazaran.

Después del descubrimiento de Bartlett, un químico dijo: “los compuestos de

gases nobles no son un problema de capa cerrada, sino más bien de mente

cerrada”

Aprendamos la lección: aunque los más grandes científicos digan que algo

no es posible, podría no ser cierto.

75


EL ELEMENTO DEL SOL



Tema: Energía

Los científicos saben que nuestro Sol y otras estrellas contienen ciertos

elementos ¿Cómo se obtuvo esta información?

A principios del siglo XIX, el físico alemán Josef Fraunhofer estudió el

espectro de la emisión del Sol y observó ciertas líneas oscuras a longitudes de

onda específicas. La aparición de estas líneas las interpretamos al suponer que

originalmente fue irradiada una banda continua de color y que cuando la luz

emitida se alejaba del Sol, una parte de la radiación fue absorbida por los átomos

del espacio a esas longitudes de onda. Estas líneas oscuras son, por lo tanto,

líneas de absorción. La absorción y la emisión de la luz por los átomos sucede a

las mismas longitudes de onda, pero su espectro es distinto, es decir, líneas de

color para la emisión y oscuras para la absorción. Al comparar las líneas de

absorción de los espectros de emisión de las estrellas lejanas con los espectros de

emisión de los elementos conocidos, los científicos han podido deducir que tipo de

elementos están presentes en esas estrellas.

En 1868, el físico francés Pierre Janssen detectó una nueva línea oscura en

el espectro de emisión solar que no coincidía con las líneas de emisión de los

elementos conocidos. Se le dio el nombre de helio (del griego helios, que significa

Sol) al elemento responsable de esa línea de absorción. Veintisiete años después

el químico ingles William Ramsay descubrió el helio en la tierra en un mineral de

uranio. La única fuente de helio en nuestro planeta es el proceso de decaimiento

radiactivo, en el cual las partículas α emitidas durante el decaimiento nuclear con el

paso del tiempo se transforman en átomos de helio.

LAS TIERRAS RARAS: SUS APLICACIONES

Garritz, A. y Chamizo J. A.

76


Química Addison Wesley Iberoamericana

p. 416 Tema: Periodos y grupos

Las tierras raras son los elementos con números atómicos entre 57 y 71. La

primera noción de su existencia data de 1788, pero fueron 50 años mas tarde

cuando Mosander pudo aislar el lantánido de un mineral llamado cerita.

La separación y aislamientote todos estos minerales tardó mas de cien años

hasta que se obtuvo el promedio puro en 1947(se trata de un elemento inexistente

en la naturaleza, que se produjo durante reacciones nucleares). Las dificultades

para lograr la separación de estos elementos se debieron a que todas presentan

propiedades químicas muy semejantes. La razón es evidente al analizar sus

configuraciones electrónicas, ya que todos van llenando el subnivel41 y sus

electrones mas externos son los 6s y como hemos insistido las propiedades

químicas son determinadas esencialmente por los electrones mas externos.

Estos elementos forman iones estables con carga 3+. Las excepciones son

el cerio (que forma iones 4+) y el europio (que presenta también la carga 2+).

Con el tiempo, haciendo poco honor a su nombre, ha resultado que estos

elementos no son tan raros. Se encuentran muy difundidos en la corteza terrestre.

Por ejemplo, el cerio es mas abundante que le cobre, y hay cuatro veces más tulio

que plata. Además su utilización se ha generalizado, por lo que se han convertido

en materiales estratégicos. A continuación resumimos algunas de sus aplicaciones:

1) Se incorporan en aceros, lo que mejora propiedades como la flexibilidad y la

resistencia a la corrosión y al impacto.

2) Permiten a los geólogos una mejor clasificación, datación y determinación

del origen de las rocas.

3) El samario, el europio y el gadolinio se emplean en las barras de control de

neutrones de los reactores nucleares.

77


4) En ciertos compuestos, el europio es luminiscente. Se le emplea para

producir el color rojo en los monitores de televisión.

5) Las aleaciones de lantano y níquel adsorben gran cantidad de hidrógeno.

Con ellas se han diseñado vehículos no contaminantes que, en lugar de quemar

gasolina, funcionan quemando hidrógeno (!por su escape sale el producto de la

combustión ¡que es agua!).

6) Los imanes permanentes más potentes que existen contienen samario. Han

hecho posible el diseño de motores eléctricos más eficientes.

7) El neodimio, el holmio y el disprosio han permitido diseñar nuevas fuentes

de rayos láser.

8) Se empleó lantano para fabricar la primera cerámica superconductora de

alta temperatura, en 1987. En el siglo XXI seremos testigos de la revolución

tecnológica que será posible gracias a estos súper conductores.

78


UN ELEMENTO QUÍMICO DESCUBIERTO EN MÉXICO


Addison Wesley Iberoamericana p.


Un español, don Fausto de Elhuyar, se encargo en México del Real Cuerpo

de Minería en 1792. Diez años antes, había descubierto en el País Vasco el

elemento químico llamado hoy Tungsteno, al que bautizo como wolframio (por eso

su símbolo químico es W).

En esa misma institución Andrés Manuel del Rió destaco por su trabajo de

análisis químico de minerales mexicanos. En 1801 como resultado del estudio de

un mineral de Zimapán, del Rió descubrió un nuevo elemento químico al que llamo

eritronio con el cromo lo que resulto falso. El elemento fue redescubierto en 1830

por Sefstrom quien lo denomino vanadio como hoy lo conocemos.

En realidad la primera aportación americana a la tabla de los elementos fue

el platino que era conocido por los indígenas y fue presentado al mundo científico

en 1748. Salvo esta contribución prehispánica, el eritronio (vanadio) fue el primer

elemento químico descubierto en América. Habrían de pasar 125 años para que se

diera el siguiente, en un laboratorio de Estados Unidos.

CAPÍTULO 4

ENLACES QUÍMICOS EL CLORURO DE SODIO: UN COMPUESTO IÓNICO COMÚN E IMPORTANTE

Chang Raymond

79


Química Mc Graw Hill, 6ª Edición,

México 1999. p. 337.

Tema: Clasificación del enlace

Todos estamos familiarizados con el cloruro de sodio como sal de mesa. Es

un compuesto iónico típico, un sólido quebradizo con punto de fusión alto (801° C)

que conduce la electricidad en el estado fundido y en solución acuosa. La

estructura del NaCl se muestra en la figura 2.12

Una de las fuentes del cloruro de sodio es la sal de roca que se encuentra

en depósitos subterráneos que suelen alcanzar varios metros de espesor. También

se obtiene de agua de mar o de la salmuera (una solución concentrada de NaCl)

por evaporación solar. También se encuentra en el mineral llamado halita.

El cloruro de sodio se utiliza más que cualquier otro material en la

manufactura de compuestos químicos inorgánicos. El consumo mundial de esta

sustancia es de unas 150 millones de toneladas anuales. El cloruro de sodio se

utiliza principalmente en la producción de otros compuestos químicos inorgánicos,

como cloro gaseoso, hidróxido de sodio, sodio metálico, hidrógeno gaseoso y

carbonato de sodio. También se utiliza para fundir hielo y nieve en autopistas y

caminos.

Sin embargo, como el cloruro de sodio es dañino para la vida vegeta y

promueve la corrosión de los automóviles, su uso para este fin puede representar

un riesgo para el medio ambiente.

RUBÍES, ZAFÍROS Y OTRAS PIEDRAS PRECIOSAS



Tema: clasificación del enlace

80


La alúmina Al2O3, Es un compuesto iónico excepcional. En la naturaleza se

encuentra como el mineral corundum, al que sólo el diamante supera en dureza.

Su alto punto de fusión (2045º C), Poca reactividad química y, desde luego,

imposibilidad para conducir la corriente eléctrica, lo han hecho muy útil en la

producción de abrasivos (como los de las pastas de dientes), agujas de tocadiscos,

materiales cerámicos y aislantes eléctricos (como los que se encuentran en las

bujías de los automóviles. Recientemente se han preparado fibras microcristalinas

de este material que están desplazando a otros como aislantes térmicos y

eléctricos en aviones, helicópteros y naves espaciales, ya que son igual de

resistentes, con únicamente un tercio de su densidad.

Su arreglo cristalino presenta agujeros, los cuales pueden ser

ocasionalmente ocupados por otros iones. Así, cuando en el corundum hay

impurezas de Cr3+, se tiene un cristal rojo intenso muy valioso: el rubí. Si la

impureza es Ti4+, lo conocemos como zafiro, de color azul y si se encuentran

presentes ambos iones, la gema resultante es la amatista color violeta.

El aluminio forma también estructuras semejantes a las anteriores con el

silicio. Denominados aluminosilicatos. Entre ellos encontramos joyas, como el

topacio, cuando la impureza es Fe3+ (que confiere una coloración amarilla), y la

espléndida esmeralda, con Be2+.

Demasiado valiosos para muchos otros usos diferentes de la joyería, los

cristales pequeños o de mala calidad se emplean como cojinetes para relojes,

donde su dureza es muy apreciada.

IONES VITALES




Los iones desempeñan un papel extremadamente importante en las

funciones básicas de nuestro organismo. Prácticamente en todo nuestro cuerpo el

81


Na+ es el principal catión de los fluidos externos a las células, mientras que el

potasio es dentro de las mismas. Entre los dos se encargan de mantener la presión

osmótica correcta en ambos lados de la pared celular, y de sostener el impulso

nervioso. El ión sodio se elimina en grandes cantidades durante la transpiración

como NaCl. En forma de sal del ácido úrico (poco soluble en agua), se deposita en

los cartílagos dando lugar a la enfermedad conocida como gota.

Cuando se presenta una baja en la concentración de azúcares en la sangre

hipoglucemia.

La concentración del ión k+ disminuye también. Con esto la transmisión del

impulso nervioso se ve afectada, dando lugar a taquicardia y presión sanguínea

baja, lo que en caso extremo puede producir un paro cardiaco.

El ión Ca2+, es el principal integrante de los huesos y los dientes.

Aproximadamente el 90% de calcio en el organismo se encuentra en forma de

fosfato o carbonato. El resto interviene en el control del ritmo cardiaco y

contracción de los musculares y en la coagulación de la sangre.

El Mg2+ participa en el funcionamiento de los músculos y los nervios,

además de encontrarse en ciertas enzimas. Posteriormente veremos su papel

protagónico en la fotosíntesis (sección 9.3).

Nuestro cuerpo tiene entre 4 y 5 gramos de hierro, la mayoría en forma de

ión Fe2+ en la hemoglobina.

GRAFITO, DIAMANTE, CARBÓN VI Y FUTBOLENO


Addison Wesley Iberoamericana p.448.


Alotropía y Estructura.

82


Anteriormente hablamos de estas tres formas alotrópicas del carbono. Ahora

veremos que todas presentan en laces covalentes, aunque sus átomos están

arreglados de manera diferente.

Disposición de los átomos de carbono en sus alótropos:

Como se puede apreciar en al ilustración, a cada átomo de C en el diamante

se unen otros cuatro átomos, en una estructura tetraédrica local. El resultado es

una red tridimensional extraordinariamente rígida que permite realizar las preciosas

tallas que observamos en los brillantes. El diamante es la sustancia mas dura

conocida (por lo que se le emplea en brocas y sierras para cortar piedras, así como

abrasivo, siempre y cuando sea de tamaño pequeño).

En virtud de su estructura, no es químicamente reactivo a temperatura

ambiente (a temperatura elevada forma CO2 y ¡adiós diamante!). Salvo Rusia, los

principales países productores de diamantes se encuentran en África. En 1905, en

la actual Sudamérica, se localizo el mayor diamante conocido, con una masa de

621 gramos, del cual se tallo “La Estrella de África”, que adorna actualmente el

centro real ingles.

En el grafito, cada átomo de carbono se encuentra unido mediante enlaces

covalentes a otros tres en el mismo plano, en donde forma una estructura

83


hexagonal. El cuarto electrón de valencia se emplea para unir entre si las capas, a

través de un enlace no covalente (mas bien con características de enlace metálico,

como veremos más adelante).La distancia entre los átomos de C en el plano es la

mitad de la que hay entre los planos. Lo anterior permite intercalar otros átomos o

moléculas entre las capas, dándole al grafito intercalado nuevas y peculiares

propiedades. Al igual que los metales, el negro y blando grafito (como el de una

puntilla de lápiz o una mina de lapicero) es un excelente conductor de la

electricidad Recientemente se le han encontrado diversas aplicaciones, al poderse

preparar sintéticamente con gran pureza.

El carbono VI es un alótropo lineal que alterna enlaces sencillos y triples, y

que se han encontrado en el hollín. Su interés científico y práctico es reducido.

En el futboleno (también conocido como buckminsterfullereno), 60 átomos

de carbono se sitúan en una estructura esférica similar a la de una pelota de fútbol.

Aquí cada uno de los átomos esta unido a otro tres, a través de 3 enlaces

covalentes simples y uno doble. Fue en muchos laboratorios de investigación en

todo el mundo. Antes del hallazgo del futboleno no se conocía una molécula

“esférica”. A la del C60 ha seguido la síntesis de otras moléculas, como C70, C32,

C76 y muchas otras, todas con propiedades muy peculiares y de gran actualidad.

Como puedes ver, con el mismo elemento y enlaces básicamente

semejantes se puede construir redes, placas, líneas o esferas con propiedades

marcadamente diferentes. También su valor es muy distinto: desde el diamante, de

precio accesible, al futboleno, que vale hoy cinco veces menos que el diamante por

unidad de masas, el grafito, con precios dos millones de veces inferir al del

diamante. Este es un claro ejemplo de la fascinante química arquitectura atómica

en la que mucho hay todavía por diseñar”.

En virtud de su estructura, no es químicamente reactivo a temperatura

ambiente (a temperatura elevada forma CO2 y ¡adiós diamante!) Salvo Rusia, los

principales países productores de diamantes se encuentran en África. En 1905, en

la actual Sudamérica, se localizo el mayor diamante conocido, con una masa de

84


621 gramos, del cual se tallo “La Estrella de África”, que adorna actualmente el

centro real ingles.

En el grafito, cada átomo de carbono se encuentra unido mediante enlaces

covalentes a otros tres en el mismo plano, en donde forma una estructura

hexagonal. El cuarto electrón de valencia se emplea para unir entre si las capas, a

través de un enlace no covalente (mas bien con características de enlace metálico,

como mas adelante). La distancia entre los átomos de C en el plano es la mitad de

la que hay entre los planos. Lo anterior permite intercalar otros átomos o moléculas

entre las capas, dándole al grafito intercalado nuevas y peculiares propiedades. Al

igual que los metales, el negro y blando grafito (como el de una puntilla de lápiz o

una mina de lapicero) es un excelente conductor de la electricidad. Recientemente

se le han encontrado diversas aplicaciones, al poderse preparar sintéticamente con

gran pureza.

SANGRE ARTIFICIAL




La polaridad de los enlaces puede dar lugar a importantes cambios en las

propiedades de las moléculas. Lo anterior sucede, por ejemplo, cuando en los

hidrocarburos se sustituyen los hidrógenos por halógenos, con electronegatividad

alta. Tal es el caso de algunos compuestos perfluorados (el prefijo per significa que

todos los átomos de hidrógeno han sido reemplazados) como la perfluorodecalina

y la perfluorotripropilamina. El teflón es un polimeroperfluorado.

Una disolución acuosa de 14 % en volumen del primero y 6% del segundo,

con nombre comercial de Fluosol–DA, se emplea desde hace varios años como

sangre artificial. El CO2 y el oxígeno son extraordinariamente solubles en esta

disolución, tanto así, que un ratón puede respirar el segundo directamente cuando

es sumergido en ella.

85


El Fluosol–DA no lleva antígenos (anticuerpos que hacen que una persona

con sangre tipo A no pueda recibir sangre de un individuo tipo B), así que puede

hacerse una transfusión de sangre artificial a cualquier persona, sin importar su

tipo se sangre. Además, puede conservarse 50 veces más tiempo que la sangre

normal y hasta ahora no se le conoce efectos secundarios.

En un futuro no muy lejano esta sangre artificial que ya se emplea en Japón,

salvara muchas vidas en nuestro país.

SEMICONDUCTORESY TRANSISTORES




Prácticamente toda la tecnología moderna de comunicaciones (radio, TV,

fax, computadoras, teléfonos, redes, etc.) esta basada en fenómenos y procesos

que tienen que ver con la conducción de corriente eléctrica de manera muy

controlada, a través de dispositivos semiconductores incorporados en circuitos

integrados.

Estos dispositivos están hechos de silicio muy puro a el que se le han

agregado muy pequeñas cantidades de otros elementos de las familias adyacentes

a la suya en la tabla periódica.

Un cristal puro de silicio es aislante (es decir, mal conductor de la

electricidad), lo cual implica que es necesario aplicar una gran cantidad de energía

para lograr que los electrones circulen a lo largo de cristal.

En un cristal hay una enorme cantidad de átomos y, por tanto, de electrones

(cada silicio tiene 4 electrones de valencia). Los niveles de energía disponibles en

el sólido son también muchos y, a diferencia de los átomos aislados donde las

energías disponibles están bien espaciadas, en el sólido hay todo un continuo de

niveles (llamados “bandas”).

86


Los electrones de valencia del Si están localizados sobre los átomos y

ocupan lo que se conoce como banda de valencia, a energías bajas. Sin embargo,

a energía más alta se encuentra la banda de conducción, que tiene niveles más

deslocalizados pero no contiene electrones.

Sólo cuando los electrones del Si adquieren la energía suficiente para

“saltar” de la banda de valencia a la de conducción es que el cristal puede conducir

la corriente. Lo anterior corresponde a un metal donde las bandas de valencia y de

conducción están juntas. Esto quiere decir que no se requiere energía para que los

electrones de un metal conduzcan la electricidad. Este hecho también explica el

brillo de los metales, pues basta la luz visible para que algunos electrones se

desplacen a energías más altas y, al volver nuevamente, emitan la luz que

observamos como brillo metálico.

Si un cristal de Si se contamina cuidadosamente con un elemento que tenga

un electrón más de valencia (como el arsénico), los niveles energéticos del

material (silicio “dopado” con arsénico), la razón es que el quinto electrón del As no

se emplea para enlazarse con otros átomos de Si (ya que el Si solo requiere 4

electrones), sino que queda libre para moverse dentro del cristal, pues la energía

que necesita para alcanzar la banda de conducción es mucho menor que en el

caso del silicio puro. A estos materiales se les conoce como semiconductores tipo

n (“n” negativo).

Por el contrario, si el dopado es el boro, habrá un defecto de electrones en

la banda de valencia, y el cristal Serra un aceptor de carga, o un semiconductor

tipo p.

87


HIELO

Garritz, A. y Chamizo J. A.

Química


p. 459.

Tema: Clasificación del enlace

Todos sabemos es menos denso que el agua. Cuando lo vemos flotar en

ella percibimos indirectamente los en laces por puente de hidrógeno que hay en

este compuesto.

En la molécula de agua, un átomo de oxigeno con seis electrones se enlaza

con dos átomos de hidrógeno. Gracias a los dos enlaces covalentes polares, el

oxigeno tiene ahora la configuración electrónica del neón. La molécula no es lineal,

sino angular (como veremos en la siguiente sección).

El puente de hidrógeno se establece entre los pares solitarios de electrones

del oxigeno (es decir, aquellos que no participan en un enlace covalente) y los

átomos de hidrógeno (parcialmente positivos) de otra molécula. La estructura de

hielo, ordenada hexagonalmente a través de estos enlaces, tiene canales vacíos

en su interior. Cuando el hielo se calienta y funde, los espacios intermoleculares se

reducen, y en consecuencia el volumen, por lo que la densidad del líquido resulta

mayor que la del sólido. La menor densidad del hielo con respecto al agua evita

que en el invierno se congelen completamente los ríos y lagos, ya que la capa de

hielo superior funciona como aislante. Con ello pueden seguir viviendo animales y

plantas en la parte inferior.

Por otra parte, como el hielo flota, si llega a fundirse en los casquetes

polares terrestres puede ocasionar fuertes inundaciones en las localidades

cercanas al mar. Este es uno de los peligros que puede correr la humanidad si la

emisión de gases de invernadero provoca una elevación continuada de la

temperatura del planeta.

88


Un aspecto negativo del aumento del volumen de agua cuando solidifica es

que rompe los conductos a través de los cuales circula. Este es un problema grave

en los países fríos. Por esos se agrega etilenglicol como anticongelante a los

radiadores de los automóviles, ya que de otra manera reventarían en condiciones

severas de frío.

89


¿POR QUÉ LOS LAGOSSE CONGELAN DESDE LA SUPERFICIE HACIA

EL FONDO?

Chang Raymond Química

McGraw Hill, 6ª Edición, México 1999.

p. 429. Tema: clasificación del enlace

El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua tiene un profundo

significado ecológico. Considérese, por ejemplo, los cambios de temperatura en el

agua de un lago en un clima frío. A medida que la temperatura del agua cercana a

la superficie disminuye, aumenta su densidad. El agua más fría se va entonces

hasta el fondo, mientras que el agua más tibia, que es menos densa, sube a la

superficie.

Este movimiento normal de convección continúa hasta que la temperatura

del agua alcanza unos 4° C. Cuando la temperatura desciende por abajo de este

valor, la densidad del agua comienza a disminuir, de modo que el agua ya no se va

al fondo. Con mayor enfriamiento, el agua de la superficie se empieza a congelar.

La capa de hielo formada no se hunde porque es menos densa que el

líquido, incluso actúa como un aislante térmico para el agua que está debajo.

Si el hielo fuera más pesado, se iría hasta el fondo del lago y eventualmente

el agua se congelaría en forma ascendente. La mayoría de los organismos vivos

que existen en el agua no sobrevivirían en el hielo, pero por suerte, el agua de los

lagos no se congela desde el fondo hacia la superficie. Esta propiedad particular

del agua hace posible que se pueda practicar la pesca en los lagos helados.

LAS HUELLAS DIGITALES DEL ADN



90


p. 429. Tema: clasificación del enlace

La información genética humana o genoma, consta de unos 3000 millones

de nucleótidos. Estas3000 millones de unidades constituyen los 23 pares de

cromosomas que son hebras continuas de DNA cuya longitud abarca de 50 a 500

millones de nucleótidos. En este DNA están codificadas y almacenadas en

unidades denominadas genes las instrucciones para la síntesis de proteínas. Cada

uno de los 100 000 genes es el responsable de la síntesis de una proteína

determinada. Además de las instrucciones para la síntesis de proteínas, cada gene

contiene una secuencia de bases que se repite varias veces, cuya función se

desconoce. Lo interesante de estas secuencias, denominadas minisatélites, es que

aparecen muchas veces en diferentes lugares, no sólo en un gene particular.

Además, cada persona Tiene un número de secuencias repetidas. Sólo los

gemelos idénticos tienen el mismo número de secuencias minisatélites.

En 1985, el químico británico Alec Jeffrey sugirió que las secuencias

minisatélites proporcionan una forma de identificación, muy parecida a las huellas

dactilares. Desde entonces las huellas digitales del DNA han ganado importancia

para las agencias jurídicas como una forma de identificar a posibles homicidas.

Para hacer una huella dactilar de DNA, un químico necesita una muestra de

cualquier tejido como sangre o semen; incluso la saliva o el cabello contienen

DNA.

El DNA se extrae del núcleo de la célula y se corta en fragmentos por medio

de enzimas de restricción. Estos fragmentos que están cargados negativamente,

se separan por un campo eléctrico en gel. Los fragmentos más pequeños migran

más rápido que los mayores, de modo que eventualmente se separan en bandas.

Las bandas de fragmentos de DNA se transfieren del gel a una membrana

plástica y en esta forma se fija su posición. En seguida se agrega una sonda de

DNA, es decir, un fragmento (de una hebra) de DNA que se ha marcado con un

compuesto radiactivo. La sonda se une a los fragmentos que tienen una secuencia

91


complementaria de DNA. La membrana plástica se une con una película sensible a

rayos x, y al exponer la película, aparecen bandas en las posiciones que

corresponden a los fragmentos que reconocen a la sonda. Para obtener un perfil

que sea único para un individuo, se requieren unas cuatro sondas diferentes. Se

ha calculado que la probabilidad de encontrar patrones de dos personas elegidas

al asar es del orden de 1 en 10 000 millones.

92


CAPÍTULO 5

COMPUESTOS QUÍMICOS CAL

www.arqhys.com Tema: Óxidos metálicos

VARIEDADES DE CAL VIVA

De acuerdo con el porcentaje de óxido de calcio las cales vivas de clasifican

en dos variedades. Cales Grasas: son las más blancas, fabricadas con piedras

calizas de gran pureza, que en presencia de agua reaccionan con fuerte

desprendimiento de calor. Cales Magras: son más amarillentas, mas impuras

porque poseen sustancias como arcilla, óxido de magnesio, etc., que en presencia

de agua reaccionan con poco desprendimiento de calor. CAL APAGADA. Se dice

que se obtiene “cal apagada” cuando los albañiles vierten agua sobre la cal viva en

las construcciones. El apagado es exotérmico: se desprende gran cantidad de

calor que evapora parte del agua utilizada. Simultáneamente la cal viva se

desterrona y expande.

93


OXIDO DE ZINC

www.walsgreen.com Tema: Óxidos metálicos

El óxido de zinc es un compuesto químico de color blanco, se le conoce

como zinc blanco. Su fórmula es ZnO y es poco soluble en agua pero muy soluble

en ácidos. Se le encuentra en estado natural en la cincita. Se usa como pigmento e

inhibidor del crecimiento de hongos en pinturas, como rellenador en llantas de

goma y como pomada antiséptica en medicina. Alta capacidad calorífica.

Acelerador y activador para la vulcanización del caucho. Pigmento protector de la

Radiación ultravioleta.

El óxido de zinc se puede encontrar en muchos productos diferentes, como:

• Ungüentos de óxido de zinc

• Medicamentos para la dermatitis del pañal

• Medicamentos para las hemorroides

• Lociones para la piel

• Loción de Calamina

• Loción Caladryl

• Cosméticos

• Pinturas

• Productos de caucho

• Revestimiento de papel HIELO SECO

www.quiminet.com.mx Tema: Óxidos

Con el término HIELO SECO, se denomina el dióxido de carbono (CO2) en

estado sólido que a presión atmosférica se encuentra a una temperatura de –

78,5º C.

94


El dióxido de carbono (CO2) está presente en la atmósfera en

aproximadamente 0,03% de su volumen al nivel del mar.

El CO2 es un compuesto fundamental del ciclo de la vida.

Se genera durante la respiración de humanos y animales y es empleado

como nutriente por los vegetales. Las plantas, a su vez, liberan oxígeno que es

empleado durante la respiración de los seres vivos.

Aplicaciones tradicionales:

1. CATERING:

-Transporte Platos Preparados (comedores empresas, colegios, etc.)

-Cátering de Líneas Aéreas

-Conservación materias primas

2. INDUSTRIA AGRO-ALIMENTARIA:

-Refrigeración de masas (panadería, industria cárnica, etc.)

-Apoyo a congelación mecánica

-Transporte de muestras congeladas / refrigeradas

-Refrigeración e inertización de vegetales en campo (uvas, guisantes)

-Refrigeración de uva en cosecha y mostos en bodegas

-Limpieza criogénica

3. INDUSTRIA FARMACEUTICA / HOSPITALES:

-Ensayos de Laboratorio

-Conservación de reactivos, plasma, sueros, cultivos histológicos, etc. -Microtomía, liofilización, etc.

-Transporte de reactivos, vacunas, cosméticos, etc.

95


4. INDUSTRIA QUÍMICA:

-Enfriamiento rápido de plantas y reactores

-Ensayos de laboratorio

96


CERÁMICA, VIDRIO Y CEMENTO



Tema: Óxidos

Todos estos materiales, utilizados por divertidas culturas desde hace miles

de años, son variaciones de compuestos de silicio y ya te los presentamos en los

UNIR Y ROMPER 3.1 y 3.2.

El SiO2 se encuentra libre en la naturaleza en grandes cantidades como

arena. También, aunque raras veces, se le encuentra en forma de cristales,

grandes de cuarzo. Cuando se deja enfriar la arena fundida (punto de fusión

1710°C), se obtiene un vidrio, esto es, un solidó no cristalino, desordenado.

La cerámica es el resultado de mezclar arena, arcilla (aluminosilicatos) y

feldespatos (aluminosilicatos mas complejos que las arcillas), que al calentarse

reaccionan y se endurecen.

El cemento es un material que sirve para unir otros materiales, de ahí su

ejemplo generalizado en la industria de la construcción. Desde la época de los

romanos se le utilizo en la construcción de caminos y acuerdos.

Pues has de saber que todos estos materiales son el resultado del mismo

tipo de reacción entre una base de Lewis O2- (obtenida de MO, MOH, MCO3 o

MSO4 donde M es un metal como Na, K, CaO Mg) y un acido de Lewis como

SiO2O Al2O3, para obtener un aducto, como SiO32-, SiO4

4-, o AlO33-. Estos aductos

son las unidades estructurales del cemento, el vidrio y la cerámica.

¿QUIÉN MATO A NAPOLEÓN?



p. 152.

97


Tema: Óxidos

Después de su derrota en Waterloo, EN 1815 Napoleón fue exiliado en

Santa Elena, una pequeña isla del océano Atlántico en donde pasó los últimos seis

años de su vida. En la década de 1960 se analizaron muestras del cabello de

Napoleón y se encontró que tenían una gran cantidad de arsénico lo cual sugería

que pudiera haber sido envenenado, los principales sospechoso era el gobernador

de Santa Elena, con quien Napoleón no se llevaba bien y la familia real francesa

que querían evitar su regreso a Francia.

El arsénico elemental no es peligroso el veneno utilizado es en realidad el

óxido de arsénico III, As2O3, un compuesto blanco que se disuelve en agua.

Que no tiene sabor y que es difícil detectar si se administra por largo tiempo.

Alguna vez fue conocido como “el polvo de la herencia” por que se podía añadir al

vino del abuelo para apresurar su muerte, y así ¡heredar los bienes!

En 1832 el Químico inglés James Marsh desarrolló un procedimiento para

detectar arsénico. En esta prueba, que ahora lleva el nombre de Marsh, se

combina el hidrógeno formado por la reacción entre zinc y ácido sulfúrico con una

muestra del supuesto veneno. Si hay As2O3 presente, reacciona con el hidrógeno y

forma arsina AsH3, un gas tóxico.

Cuando el gas arsina se calienta, se descompone y forma arsénico el cual

se reconoce por su brillo metálico. La prueba de Marshes un medio de disuasión

efectivo para evitar los homicidios con As2O3, pero se inventó demasiado tarde

para ayudar a Napoleón (si es que en efecto hubiera sido victima de

envenenamiento intencional con arsénico).

En los inicios de los años 1990, surgieron dudas acerca de la teoría de

conspiración en la muerte de Napoleón debido a que se encontró que en una

muestra de papel tapiz de su estudio contenía arsenato de cobre CuHSO4, un

pigmento verde que se usaba comúnmente en esa época. Se ha sugerido que el

clima húmedo de la isla promovido el crecimiento del moho en el tapiz

98


Es posible que para librarse del arsénico el moho lo convirtió en

trimetilarsina (CH3). As un compuesto volátil y muy venenoso. La exposición

prolongada a estos vapores explicaría la presencia de arsénico en su cuerpo, lo

cual pudo haber deteriorado su salud aunque no haya sido la principal causa de su

muerte. Esta interesante teoría se apoya en el hecho de que los visitantes asiduos

de Napoleón sufrían trastornos gastrointestinales y otros síntomas de

envenenamiento con arsénico. Sin embargo su salud mejoraba cuando pasaba

muchas horas trabajando en el jardín su principal.

Pasatiempo en la isla.

Talvez nunca sabremos si napoleón murió por envenenamiento intencional o

accidental con arsénico, pero este ejercicio de detectives históricos aporta un uso

fascinante del análisis químico. El análisis químico no sólo se utiliza en la ciencia

forense, sino que también juega un papel esencial en las investigaciones que

abarca desde la investigación pura hasta las aplicaciones prácticas, como el

control de productos comerciales y de diagnóstico clínico.

Pistas químicas:

1. E l arsénico en el pelo de Napoleón se detecto por medio de una

técnica llamada activación de neutrones. Cuando el arsénico 75 es bombardeado

con neutrones de alta energía, se convierte en el isótopo radiactivo As-76. La

energía de los rayos gama emitidos por el isótopo es característica del arsénico, y

la intensidad de los rayos determina cuanto arsénico se encuentra presente en la

muestra. Con esta técnica, es posible detectar cantidades tan pequeñas como 5

nanogramos (5x10-9g.) por gramo de material.

2. El arsénico no es un elemento esencial para el cuerpo humano a:

A) Basándose en la posición que guarda en la tabla periódica, proponga una

causa de su toxicidad.

99


B) Aparte del cabello, ¿Dónde más se podría buscar la acumulación del

elemento si se sospecha de envenenamiento con arsénico?

3. La prueba de Marsh para el arsénico implica los siguientes pasos:

a) La generación de hidrógeno cuando se añade ácido sulfúrico al

zinc.

B) La reacción del hidrógeno con óxido de arsénico III para producir arsina.

C) La transformación de arsina en arsénico por calentamiento.

Escriba las ecuaciones que representen estos casos e identifique el tipo de

reacción en cada uno.

AGUA OXIGENADA

es.wikipedia Tema: Peróxidos

También conocido como agua oxigenada, es un líquido incoloro a

temperatura ambiente con sabor amargo. Pequeñas cantidades de peróxido de

hidrógeno gaseoso ocurren naturalmente en el aire. El peróxido de hidrógeno es

inestable y se descompone rápidamente a oxígeno y agua con liberación de calor.

Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede causar

combustión espontánea cuando entra en contacto con materia orgánica o algunos

metales, como el cobre, la plata o el bronce. El peróxido de hidrógeno no es tóxico,

ya que solo contiene hidrógeno y oxígeno, dos elementos encontrados en el

cuerpo humano y de hecho el cuerpo humano produce peróxido de hidrógeno.

El peróxido de hidrógeno es muy irritante en concentraciones altas, ya que

causa quemaduras temporales al desprenderse en la reacción el oxígeno. El

peróxido de hidrógeno en concentraciones menores al 3% es usado en todo el

100


mundo para curar varias enfermedades, como algunos tipos de cáncer y esclerosis

múltiple entre otras y su uso es cada día más conocido.

Aplicaciones Industriales El peroxido de hidrógeno tiene muchos usos

industriales como el blanqueo de la pulpa de papel, blanqueo de algodón,

blanqueo de telas y en general cada día se usa mas como substituto del cloro. En

la industria alimenticia de usa mucho para blanquear quesos y también se usa en

el proceso para la elaboración de aceites vegetales. En la industria química se usa

como reactivo y es muy importante en la elaboración de fármacos.

Aeroespacial

El peroxido de hidrógeno se usa en la industria aeroespacial como

combustible de cohetes en motores de cohete monopropelantes o como aportación

de oxigeno en motores bi-propelantes, este peroxido se usa por lo general a una

concentración del 90% y es extremadamente puro. También se usa en

concentraciones al 80% como impulsor de las turbo bombas que alimentan tanto el

combustible como el oxidante en grandes motores de cohete.

Restauración de objetos de arte

El peróxido de hidrógeno se emplea en trabajos de restauración. En muchas

pinturas antiguas, los pigmentos blancos a base de carbonato de plomo se han

decolorado debido a la formación del sulfuro de plomo, que posee un particular

color negro. El peróxido de hidrógeno, reacciona de manera que logra convertir el

sulfuro de plomo a sulfato de plomo (color blanco). Ambas sales son insolubles en

agua. La reacción es como se muestra en la ecuación.

PbS(S) + 4H2O2(ac) → PbSO4(s) + 4h2O(l)

Desinfección

101


Es un antiséptico general. Su mecanismo de acción se debe a la

efervescencia que produce, ya que la liberación de oxígeno destruye los

microorganismos anaerobios estrictos, y el burbujeo de la solución cuando entra en

contacto con los tejidos y ciertas sustancias químicas, expulsa restos titulares fuera

del conducto. Utilizado en dermoaplicaciones, limpieza de dentaduras y

desinfección bucal.

Además aprovechando la actividad de la peroxidasa presente en la sangre

también se usa junto a la fenolftaleína para detectar la presencia.

PERÓXIDO DE BENZOILO Y EL ACNÉ

American Chemical Society Química

Addison-Wesley Iberoamericana segunda Edición, E.U. 1998. p. 438.

Tema: Peróxidos

Los granos de acné son pequeñas infecciones causada por bacterias que

consumen el aceite de la piel (sebo). Durante la adolescencia, muchos individuos

producen demasiado sebo; Las células mueras pueden aglomerarse y obstruir los

poros de las glándulas sebáceas. La clave para controlar el acné moderado

consiste en mantener la piel muy limpia y los poros abiertos. Las lociones

abrasivas ayudan a eliminar la capa de células muertas, la suciedad y el aceite.

Mantener las manos y el pelo alejados de la cara también ayuda a

conservarla libre de suciedad y bacterias.1.Los preparados que contienen peróxido

de benzoílo, un agente oxidante moderado, son también eficaces para controlar el

acné ¿Cómo puede ayudar esta sustancia?2. En los casos graves de acné, los

médicos prescriben a menudo antibióticos ¿Porqué son eficaces ?La mayor parte

de los remedios para el acné ofrecen solamente un alivio temporal; la única cura

verdadera viene con la edad.

102


SOSA CÁUSTICA Y CAL



Tema: Hidróxidos

La sosa cáustica, NaOH, es la base más importante en la industria química.

Tanto este compuesto como la potasa cáustica, KOH, se fabrican desde el siglo

XVI, mediante el procedo llamado caustificación, que consiste en tratar la sosa de

lavar, Na2CO3, o la potasa, K2CO3, respectivamente con cal Ca(OH)2

Na2CO3+ Ca(OH)2 → CaCO3+ Na(OH)2

Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + Na(OH)2

Hoy día, su síntesis se realiza principalmente por métodos electroquímicos a

partir de una disolución de sal común. Aproximadamente la mitad de la sosa

producida en el mundo se emplea en la fabricación de otros productos químicos

como papel, polímeros, jabones y otros.

Por otra parte la cal viva CaO- cuya reacción con el agua da lugar a la cal

apagada o hidróxido de calcio Ca(OH)2- se empleaba en el México prehispánico en

la nixtamalización del maíz, proceso en el cual el grano se hierve en agua con cal y

después de ablandarse se muele para obtener la masa con la que se elaboran las

tortillas.

103


LECHE DE MAGNESIA: ANTIÁCIDO ESTOMACAL

www.dietaatkins.com Tema: Hidróxidos

La leche de magnesia es oxido de magnesio con agua, el cual forma el

HIDROXIDO DE MAGNESIO. Este es un laxante "clásico" descubierto por un

ingles de apellido Philips en el siglo 19. Se ha usado por muchos años, pero solo

se recomienda para uso ocasional.

En fin, la magnesia y la leche de magnesia (oxido e hidróxido de magnesio,

respectivamente) son laxantes reconocidos que se pueden usar ocasionalmente.

Pero Atkins NO los menciona (ni a favor ni en contra) en la más reciente

edición de la NRD. Para el estreñimiento, la adición de fibras es lo recomendado.

104


POTASA CÁUSTICA Y ELABORACIÓN DE

JABONES BLANDOS

www.textoscientificos.com Tema: Hidróxidos

Este artículo familiar principalmente usado para lavar y emulsionar se

compone de las sales de sodio (o de potasio) de ácidos grasos de 12 a 18 átomos

de carbono. Las sales de sodio fabricadas en grandes cantidades son los jabones

duros, y los de potasio se denominan jabones blandos. Se obtienen saponificando

grasas o aceites, o neutralizando ácidos grasos, com hidróxidos o carbonato de

sódio o de potasio.

La mejor clasificación de los jabones se basa en el uso para que hayan sido

fabricados. Los de mejor calidad son los jabones de tocador, que contienen muy

poco álcali y se utilizan grasas y aceites de color mucho más claro.

Los que le siguen en calidad son los jabones de servicio ligero, que se

prestan en forma de pastillas, polvos, gránulos y escamas. Se usan para lavar la

vajilla, tejidos de lana, etc. Aquí se usan grasas con un color un tanto más oscuras.

Composición y caracteres del jabón:

La reacción química que se verifica en la fabricación de jabones de grasas y

aceites neutros (triglicéridos) se expresa en la forma siguiente:

105


La glicerina se aprovecha como subproducto. La cantidad de NaOH

requerida para saponificar una cantidad dada de grasa neutra, se calcula por el

índice de saponificación de la grasa, el cual se expresa como el número de

miligramos de KOH (a base de 100%) necesarios para saponificar un gramo de

grasa.

106


ÁCIDO SULFÚRICO Y LAS BATERÍAS DE LOS

AUTOMÓVILES



Tema: Oxiácidos

Baterias para automóviles

Podemos encender un coche gracias a la energía almacenada en la batería.

Una batería común esta integrada por seis celdas conectadas en serie, cada

una produce una diferencia de potencial de 2 voltios, por lo que el voltaje total que

proporciona es de 12 V.

El cátodo esta hecho de PbO2 inmerso en una malla metálica y el ánodo es

de Pb, ambos están sumergidos en H2SO4 bastante concentrado

(aproximadamente 5M), por lo que es muy corrosivo y se debe manejar con mucho

cuidado.

Las reacciones que se llevan a cabo cuando se enciende el automóvil, y que

descargan la batería, son:

Cátodo (Reducción) PbO2 + 4H+ + SO4

2- + 2e → PbSO4 + 2H2O

Ánodo (oxidación) Pb + SO42- → PbSO4 + 2e

La reacción completa es:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

107


De continuar indefinidamente esta reacción, se consumirían los electrodos y

el acido, y la batería dejaría de funcionar. Para evitar lo anterior, una vez que el

automóvil esta en marcha, el alternador convierte parte de la energía cinética,

resultado del movimiento del motor, en energía eléctrica que se regresa a la

batería, cargándola de acuerdo con las reacciones inversas.

Cátodo PbSO4 + 2e → Pb + SO42-

Ánodo PbSO4 + 2 H2O → PbO2 + SO42-+ 4 H++ 2 e

La reacción completa no espontánea, producida por la corriente del alternador, es:

2PbSO4 + 2PbSO4 → Pb + PbO2 + 2H2SO4

Cuando las baterías se cargan mediante fuentes externas de manera rápida,

puede ocurrir la hidrólisis del agua, dando lugar a H2 y O2, una mezcla de gases

altamente explosiva.

En los últimos años se han diseñado y probado automóviles electrónicos,

aunque tal vez no en la cantidad que se debería hacer. Estos vehículos empleas

únicamente baterías como fuente de energía, las cuales se pueden recargar

diariamente. Prototipos de estos vehículos funcionan ya en países como Inglaterra,

donde se emplean en corridos cortos y constantes, como los de los repartidores de

leche o los carteros. Pronto los veremos circular en nuestras ciudades

contaminadas.

ACIDO FOSFÓRICO, COMPONENTE DE REFRESCOS



Tema: Compuestos químicos inorgánicos. Oxiácidos

108


Muchos refrescos de cola son ácidos porque se les adiciona ácido fosfórico.

¿Cuál es el pH de una solución 1x 10-4 m dec H3PO4?

El ácido fosfórico es un ácido poliprótico para el cual ka1es mayor que ka2

más de 103 veces. Entonces podemos usar la siguiente ecuación. Ahora el PkA

vale 2.12: pH= 0.5 ( 2.12-( -4) ) = 3.02.

Vale la pena comentar que si utilizamos un método de cálculo con menos

aproximaciones o mejor si realizamos la medición directa del pH el resultado sería

pH= 4

La diferencia es una unidad de pH, es decir 10 veces más (H3O +) de lo

calculado. La moraleja es que hay que emplear las ecuaciones con cautela. Una

experiencia que nos podemos llevar es que la acides de los refrescos de cola son

bastante ácidos y que por la manera frecuente en que los consumimos estamos

afectando nuestros dientes y riñones de manera inconciente.

ÁCIDO NÍTRICO, FERTILIZANTES Y EXPLOSIVOS


Mc Graw Hill, 6ª Edición, México 1999.

p. 152. Tema: Compuestos químicos inorgánicos. Oxiácidos

EL nitrato de amonio se obtiene a partir de ácido nítrico y amoniaco, La

mayor cantidad de la produccion de ácido nítrico se destina a la elaboración de

fertilizantes.

El nitrato de amonio es el fertilizante más importante en el mundo. En 1995

ocupaba el decimoquinto lugar de los productos químicos industriales producidos

en los Estados Unidos (8 millones de toneladas). Por desgracia también es un

poderoso explosivo. En 1947 ocurrió una explosión a bordo de un barco cargado

con este fertilizante, en Texas. El fertilizante estaba en bolsas de papel y

aparentemente se produjeron gases en su interior, después de que los marineros

109


trataron de sofocar un incendio en la bodega del barco cerrando una compuerta,

con lo cual se creó una fuerte compresión y el calor necesario para una explosión.

En el accidente murieron más de 600 personas. En fechas recientes ocurrieron

más desastres por el nitrato de amonio, en el World Trede Center de Nueva York

en 1993 y en el Alfred P., Murrah Federal Building, en la ciudad de Oklahoma en

1995.

El nitrato de amonio es un oxidante fuerte que es estable a temperatura

ambiente a 250 º C se empieza a descomponer como sigue:

NH4NO3(g) → N2O(g) + 2H2O(g)

A 300 º C, se forman más productos gaseosos y más calor:

2NH4NO3(g) → 2N2O (g) + 4H2O(g) + O2(g)

Por cada gramo de compuesto que se descompone, se generan alrededor

de 1.46 kilojoules de calor. Cuando se combina con un material combustible como

el combustoleo, la energía liberada aumenta casi al triple. El nitrato de amonio

también se puede mezclar con carbón, azúcar, harina, formar un explosivo

El intenso calor que se genera por la explosión que provoca la rápida

expansión de los gases, lo que produce ondas que destruyen casi todo lo que

encuentran a su paso.

Las leyes federales regulan la venta del nitrato de amonio en grado

explosivo, que se encuentra en un 95% de todos los explosivos comerciales

utilizados en la construcción de carreteras y en la minería. Sin embargo, las

grandes cantidades de nitrato de amonio y de otras sustancias que aumentan su

poder explosivo hacen posible que cualquier persona con inclinaciones

incendiarias pueda fabricar una bomba. Se calcula que la bomba que destruyo el

edificio federal de Oklahoma contenía 4000 libras de nitrato de amonio y

combustoleo y fue activada mediante un dispositivo explosivo.

110


¿Cómo se puede evitar el uso de nitrato de amonio a los terroristas? Lo más

lógico sería disminuir o neutralizar la capacidad del compuesto par actuar como

explosivo, pero hasta la fecha no se ha encontrado la forma para que no disminuya

también su valor como fertilizante. Un método más pasivo es agregar al fertilizante

un agente conocido como marcador que permitiría reforzar las leyes para

determinar el origen de un nitrato de amonio explosivo. Numerosos países

prohíben la venta de nitrato de amonio sin marcadores; Sin embargo, el congreso

de Estados Unidos todavía no ha aceptado es ley.

ÁCIDO CLORHÍDRICO (MURIÁTICO)

Es.wikipedia.org Tema: Compuestos químicos inorgánicos hidrácidos

El ácido clorhídrico, hidroclórico o todavía ocasionalmente llamado, ácido

muriático, es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy

corrosivo y ácido. Se emplea comúnmente como reactivo químico y se trata de un

ácido fuerte que se disocia completamente en disolución acuosa.

El clorhídrico se utiliza sobre todo como ácido barato fuerte y volátil. El uso

más conocido es el de desincrustante para eliminar residuos de caliza (carbonato

cálcico: CaCO3). En esta aplicación se transforma el carbonato cálcico en cloruro

cálcico más soluble y se liberan dióxido de carbono (CO2) y agua:

CaCO3+ 2 HCl → CaCl2+ CO2+ H2O

111


ÁCIDO FUORHÍDRICO Y GRABADO DE VIDRIO

es.wikipedia.org www.dentaflux.com

Tema: Compuestos químicos inorgánicos hidrácidos.

El ácido fluorhídrico es la solución acuosa de fluoruro de hidrógeno, que

está compuesto por un átomo de hidrógeno unido a otro de flúor. No debe ponerse

en contacto con elementos de vidrio ya que puede corroerlo, por esto se manipula

utilizando material de plástico ataca el silicato del vidrio formando tetrafluoruro de

silicio SiF4 o ácido hexafluorosilicato H2SiF6 respectivamente. En estado líquido se

forman agregados (p. ej. H6F6) debido a puentes de hidrógeno, parecido a lo que

pasa en el agua. Esto explica el punto de ebullición anormalmente elevado de

19,5º C comparándolo con el clorhídrico (HCl) de -85,05º C. Disuelto en agua

forma una disolución ácida altamente corrosiva.

Usos:

Grabado de superficies cerámicas y vidrio.

Grabado de Brackets de ortodoncia.

El gel de acido Fluorhídrico Dentaflux se utiliza para la preparación de

superficies cerámicas ante los adhesivos. La rugosidad que produce, mejora

notablemente la unión entre el adhesivo o cemento (composite) y la superficie

cerámica.

Es útil tanto en clínica como en laboratorio.

Los productos para los que es muy útil son las coronas cerámicas sin metal,

carillas de porcelana, inlays y onlays y brackets.

Funciona con todo tipo de cerámicas salvo con cerámicas aluminosas.

Si se graban los brackets de ortodoncia de porcelana, se incrementa mucho

su adherencia.

112


ÁCIDOS, BASES Y LA SALUD HUMANA

John W. Hill-DorisK. Kolb Química para el nuevo milenio

Prentice Hall Iberoamericana México 1999. p. 190.

Tema: Compuestos químicos inorgánicos.

Los ácidos y bases concentrados son venenosos corrosivos capaces de

causar quemaduras químicas graves. Una vez que se eliminan los agentes

químicos, las lesiones son similares a las que produce el calor, y se suelen tratar

de la misma manera.

El ácido sulfúrico (H 2SO4) es con mucho el principal producto químico en

Estados Unidos, donde se producen alrededor de 40 000 millones de kg cada año,

la mayor parte de los cuales se utilizan para fabricar otros productos químicos

industriales, en especial fertilizantes. En casa usamos ácido sulfúrico en el

acumulador del automóvil y en ciertos productos para la limpieza de desagües.

Además de ser un ácido fuerte, el ácido sulfúrico es un poderoso agente

deshidratante que reacciona con el agua de las células.

El ácido clorhídrico (llamado también ácido muriático) se usa en la industria

para eliminar la herrumbre de los metales, en la construcción para quitar el exceso

de mezcla de los tabiques, y en el hogar para retirar los depósitos calizos de la

taza del excusado. Las soluciones concentradas (alrededor de 38% de HCl)

causan quemaduras graves, pero las soluciones diluidas se pueden usar sin

peligro en el hogar si se manejan con cuidado. El jugo gástrico es una solución que

contiene alrededor del 0.5% de HCl.

La cal (CaO) es la base comercial más económica y de uso más extendido;

se fabrica calentando piedra caliza (CaCO3) para expulsar CO2. Este producto

químico industrial ocupa el quinto lugar de producción en Estados Unidos, con

alrededor de 17 000 millones de kg anuales. La cal se utiliza para hacer mortero y

cemento y también para “endulzar” los suelos ácidos.

113


El hidróxido de sodio (conocido comúnmente como lejía) es la base fuerte

de uso más frecuente en el hogar. La lejía se utiliza para limpiar hornos y se

comercializa en productos como el Easy Off, y también se emplea para destapar

desagües en productos como el Drano.

Tanto los ácidos como las bases, incluso en forma de soluciones diluidas,

degradan las moléculas de proteína de las células vivas. En general, los

fragmentos que se producen son incapaces de llevar acabo las funciones de las

proteínas originales.

Cuando la exposición es intensa, la fragmentación continúa hasta que el

tejido se destruye totalmente. En las células vivas las proteínas funcionan como es

debido sólo a un cierto pH óptimo. Si el pH cambia de manera considerable en uno

y otro sentido, las proteínas no pueden llevar a cabo sus funciones normales.

114


Si no se utilizan de manera correcta, los ácidos y bases pueden ser nocivos

para la salud. Pero los ácidos y bases afectan la salud de formas más sutiles y, a

final de cuentas, más importantes. Es preciso mantener un equilibrio delicado entre

los ácidos y las bases en la sangre y en los líquidos corporales. Si la acidez de la

sangre cambia demasiado ésta pierde su capacidad para transportar oxígeno.

Afortunadamente, el cuerpo humano cuenta con un complejo pero eficiente

mecanismo para mantener el equilibrio apropiado entre ácidos y bases.

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LA VITAMINA C Y EL RESFRIADO COMÚN

John W. Hill-Doris K. Kolb Química para el nuevo milenio


Tema: Compuestos químicos inorgánicos

Linus Pauling sugirió en 1970 que el ácido ascórbico (vitamina C) puede servir

como arma contra el resfriado común. Pauling recomendó dosis diarias de entre

1000 y 18 000 mg, dependiendo de la persona y las circunstancias. Según este

científico, la vitamina C puede prevenir los resfriados, o al menos mitigar su

severidad. Sus aseveraciones fueron recibidas con escepticismo (y hasta fueron

ridiculizadas) por muchos miembros de la comunidades científica y médica. Sin

embargo, en años recientes Pauling recibió cierto apoyo médico. El apoyo del

público siempre a sido fuerte; las ventas de vitamina C se fueron alas nubes desde

que Pauling hizo su primer anuncio. Según Pauling, la RDA de 60 mg de vitamina C

es suficiente para evitar el escorbuto, pero la vitamina C hace mucho más que

prevenir el escorbuto. Él consideraba que el consumo óptimo de vitamina C debe ser

mucho mayor que la RDA y probablemente varía muchote una persona a otra.

Pauling señalo que la mayor parte de las especies fabrican su propio ácido

ascórbico, y creía que los primates habían tenido esa capacidad pero la habían

perdido en algún punto de la evolución, de modo que ahora el ácido ascórbico es

una vitamina (una molécula que el organismo humano necesita pero que no puede

elaborar).

Pauling aseguraba que la vitamina C no sólo ayuda a prevenir (o aminorar los

efectos de) el resfriado común, sino también que ayuda a evitar y tratar la influenza,

así como varias enfermedades virales más. Él creía que la vitamina C tiene muchas

funciones, entre ellas la de fortalecer el sistema inmune, la de favorecer la

cicatrización de las heridas y quemaduras, y también su capacidad demostrada para

sanar úlceras gástricas. Al parecer, también desempeña un papel importante en el

mantenimiento del suministro de colágeno del organismo. Al igual que la vitamina E,

el ácido ascórbico es un antioxidante, y estas dos vitaminas, junto con beta _

116


caroteno, han aparecido con frecuencia en los titulares de los diarios a causa de su

actividad antioxidante. Los antioxidantes suelen actuar como anticarcinógenos.

Existen pruebas crecientes de que la vitamina C es indispensable para el

funcionamiento eficiente del sistema inmunológico. Los interferones se han

reconocido como agentes del sistema inmunológico. (Los interferones son moléculas

grandes que se forman por la acción de los virus sobre las células anfitrión. Al

producir un interferón, un virus puede interferir el crecimiento de otro virus).

Se ha demostrado que un aumento en la ingestión de vitamina C incrementa

la producción de interferones.

Sea por la razón que sea, para prevenir los resfriados o para protegerse

contra el cáncer, o simplemente con el propósito de mantener un estado de salud

óptimo, muchas personas toman ahora complementos de vitamina C con

regularidad. Casi nunca toman las megadosis que Pauling recomendó, pero sí

continúan tomando complementos año con año. Si la vitamina C no ayuda a todas

estas personas a mantenerse saludables, al menos ellas parecen creer que así es.

117


LA ESCALA pH EN ALGUNAS SOLUCIONES COMUNES

John W. Hill-Doris K. Kolb Química para el nuevo milenio



SOLUCIÓN pH

Ácido clorhídrico (4%) 0

Jugo gástrico 1.6-1.8

Jugo de limón 2.1

Vinagre (4%) 2.5

Bebidas gaseosas 2.0-4.0

Orina 5.5-7.0

Leche 6.3-6.6

Saliva 6.2-7.4

Agua pura 7.0

Sangre 7.4

Clara de huevo fresca 7.6-8.0

Bilis 7.8-8.6

Leche de magnesia 10.5

Sosa para lavar 12.0

Hidróxido de sodio (4%) 13

LA FAMOSA SAL DE MESA

118




Tema: Compuestos químicos inorgánicos Sales binarias

En la síntesis de productos químicos inorgánicos se utiliza más

frecuentemente cloruro de sodio que cualquier otro mineral. Su consumo mundial

excede los 150 millones de toneladas por año. El principal productor es Estados

Unidos, con el 27% del total seguido por China y la comunidad de estados

independientes con 10% y 8% respectivamente. México produce aproximadamente

el 3% lo que implica que a cada habitante de este país le tocan unos ¡60 kilos de sal

por año!

La sal se encuentra en vastos depósitos subterráneos de donde se extrae en

forma de disolución acuosa muy concentrada o sólido. Contra lo que podría

pensarse la evaporación del agua de mar representa un porcentaje pequeño de la

producción mundial de sal (no más de 4%) a pesar de ser una fuente prácticamente

inagotable. Se ha calculado que toda la sal disuelta en los océanos ocuparía 19

millones de kilómetros cúbicos. Esto es más del 50% más que el volumen total de

toda América del norte sobre el nivel del mar.

La mitad de la sal extraída cada año se emplea n la producción de cloro, sosa

sodio e hidrógeno, en la denominada industria cloro–alcali.

El resto se usa en la preparación de carbonato de sodio y en la industria de

polímeros, el papel los textiles y los colorantes. Sólo el 3% de la producción se

destina al consumo humano directo, como sal de mesa; para condimentar los

alimentos o para preservarlos.

LAS SALES DE LA COMIDA



Tema: Compuestos químicos inorgánicos. Oxisales.

119


A continuación identificaremos algunas de las propiedades y usos de diversas

sales, principalmente de sodio.

NaNO2, Nitrito de sodio

Se usa como preservador de la carne; además mantiene y realza su color

rosado. Esta sal ha sido ampliamente investigada ya que reacciona en el estomago

con el HCl para producir el ácido nitroso. En la reacción el ión nitrito, NO2- , funciona

como base de Brownsted Lowry.

NaNO2 + HCl → HNO2 + NaCl

El ácido nitroso reacciona con aminas par generar nitrosaminas, sustancias

que contienen el grupo nitroso =N-N=O.

HNO2 + R2NH → R2=N-N=O + H2O

Compuesto nitroso

Por pruebas realizadas con animales inferiores, parece ser que los

compuestos nirosos son sustancias mutagénicas, es decir que producen mutaciones

en células previsiblemente cáncer estomacal. La incidencia de cáncer en el

estómago es mayor en los países desarrollados, que consumen más alimentos con

NaNO2, pero aún no se tienen pruebas concluyentes que las causas sean las

nitrosaminas, pues no se puede extrapolar tan fácilmente los resultados en células

bacterianas moscas de la fruta o ratones a células y organismos humanos. Como

persiste la duda se ha normado que los alimentos contengan o generen

proporciones muy pequeñas de compuestos nitrosos.

Hoy por hoy, no sabemos qué es mayor: El riesgo de intoxicación por comer

carneen mal estado o el riesgo de cáncer estomacal supuestamente debido a

compuestos nitrosos. Como siempre, la química es un arma de dos filos NaCl,

cloruro de sodio.

120


La carne salada (como la cecina) está protegida de los organismos, no se

descompone. La abundancia de sal alrededor de un microorganismo establece una

solución hipertónica para él, de manera que el agua fluye de su cuerpo.

Hacia fuera, deshidratándolo, por esta misma razón se puede conservar por

largo tiempo frutas en disoluciones saturadas de azúcar mejor conocidas como

mermeladas.

La presencia de NaCl en el organismo incrementa la capacidad de este para

retener líquidos, lo cual aumenta la presión arterial y daña el riñón. La mayoría de los

médicos coinciden en señalar que nuestra comida contiene demasiada sal y que

debemos reducir su consumo.

NaC7H5O2 benzoato de sodio.

Un preservativo o inhibidos alimenticio, es una sustancia que, sin alterar el

sabor de los alimentos, impide el crecimiento de los microorganismos que lo

descomponen. Tal es el caso del benzoato de sodio empleado en bebidas no

alcohólicas como jugos y en margarinas y jaleas. Revisa la etiqueta de cualquier

producto de este tipo y encontraras las palabras “benzoato de sodio preservador”:

No se conoce de manera precisa el mecanismo de acción de esta sal.

Glutamáto de sodio

Esta sal pertenece al grupo de sustancias que realzan el sabor de los

alimentos sin tener uno propio.

El ácido glutámico es uno de los 20 aminoácidos naturales de las proteínas.

Su sal la de sodio se emplea sobre todo en la comida china y su consumo excesivo

parece ser dañino. Se piensa que su actividad se debe a un incremento de la

salivación, lo que redunda en una sensibilidad mayor al sabor de los alimentos.

Actualmente se venden más de 100 mil toneladas de este producto. Sales que no saben salado sino dulce.

121


Se conoce una gran variedad de compuestos salinos, como el ciclamato de

sodio, el acetato de plomo o elacesulfamo k, que saben dulce a pesar de tener

estructuras completamente diferentes a la de los azucares.

122


MUERTE CON KCl

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AGENCIAS

24 de abril de 2006.

Muchos condenados a la pena de muerte en Estados Unidos son ejecutados

mediante la inyección letal porque, según sus defensores, no les supone ningún

dolor. Ahora, un estudio de Human Rights Watch hecha por tierra esta teoría y

demuestra que la inyección letal contiene una sustancia que puede causar un fuerte

dolor al reo durante la agonía. Según este grupo pro derechos humanos, una de las

sustancias que se usa en ese tipo de ejecuciones está considerada por los

veterinarios como demasiado cruel para matar animales de compañía.

El informe se refiere al cloruro potásico, una de las tres sustancias que se

administran en las ejecuciones por inyección letal en 38 estados de EEUU.

El verdugo inyecta primero una sustancia que deja al reo inconsciente,

después otra que lo paraliza -bromuro de pancuronio- y, finalmente, el cloruro

potásico, que hace que el corazón deje de latir.

El informe acusa a los encargados de llevar a cabo las ejecuciones de no

tomar los pasos necesarios para garantizar que la muerte se produce sin dolor.

"Cada vez hay más pruebas de que hay presos que pueden haber padecido un dolor

extremo durante sus ejecuciones. Esto no debería causar sorpresa, dado que los

organismos responsables no han dado los pasos necesarios para garantizar que la

ejecución se produzca sin dolor", explica Human Rights Watch.

Presos que han sufrido en su muerte

123


Por ejemplo, el informe cita un caso en que se insertó una aguja de manera

indebida a un reo, y otro en que un condenado sufrió convulsiones, abrió los ojos y

pareció que intentaba respirar mientras moría.

A juicio de la organización, el problema es que en los casos en los que la

anestesia falla, la sustancia paralizante puede impedir a los condenados que

expresen el dolor que sienten.

El informe se produce en medio de una creciente polémica sobre esta

modalidad de ejecución.

En Carolina del Norte, las autoridades de prisiones ejecutaron el viernes

pasado a un reo por inyección letal y, por orden de un juez, durante el proceso

estuvieron controlando sus ondas cerebrales para garantizar que no sufría dolor.

En febrero pasado se suspendió una ejecución en California por la objeción de

conciencia de anestesistas que no querían tener que firmar que la muerte del reo

había sido sin dolor.

El Congreso tiene previsto el próximo miércoles estudiar si autoriza a un reo

en Florida argumentar ante los tribunales de ese estado que su ejecución mediante

inyección letal sería un castigo cruel y poco común.

EL MÁRMOL

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Se denomina mármol a un tipo de roca compacta formada a partir de rocas

calizas que, sometidas a elevadas temperaturas y presiones, alcanzan un alto grado

de cristalización. El componente básico del mármol es el carbonato cálcico, cuyo

contenido supera el 90%; los demás componentes son considerados impurezas,

siendo estas las que nos dan gran variedad de colores en los mármoles, y definen su

características físicas. Tras un proceso de pulido por abrasión el mármol alcanza alto

nivel de brillo natural, es decir sin ceras ni componentes químicos. El mármol se

utiliza principalmente en la construcción, decoración y escultura. A veces es

translúcido, de diferentes colores, entre los que más frecuentemente se encuentran

son:

El blanco, marrón, rojo, verde, negro, gris, azul amarillo, y que puede aparecer

de coloración uniforme, jaspeado (a salpicaduras), veteado (tramado de líneas) y

diversas configuraciones o mezclas entre ellas, más.

Con frecuencia otros minerales aparecen juntos a la calcita formando el

mármol, como el grafito, clorita, talco, mica, cuarzo, pirita y algunas piedras

preciosas como el corindón, granate, zirconita, etc.

Ateniéndose al concepto mineralógico, (no al artesanal) sólo se consideran

mármoles a los agregados granoso-vítreos, formadas básicamente por carbonato de

calcio y con trazas más o menos significativas de carbonato magnésico (mármol

dolomítico).

En la naturaleza, el mármol, se encuentra en aglomerados irregulares en el

seno de la roca cristalina primitiva, (donde forma yacimientos irregulares que con

frecuencia resultan ser filones) y menos frecuentemente formando estratos en

capas).

El principal productor de mármol mundial es Novelda, ciudad conocida como

El País del Mármol.

125


Es famoso el mármol blanco de Carrara en Italia. EL YESO

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El yeso es un sulfato de calcio dihidratado (CaSO4·2H2O), se presenta en

cristales tabulares exfoliables en láminas, generalmente incoloros. Tiene una dureza

de 2 en la escala de Mohs y una gravedad específica de 2.32. Su color

generalmente varía de blanco a blanco grisáceo, sin embargo, puede tener diversas

tonalidades de amarillo, rojizo, castaño, azul grisáceo, rosa o amarillo como

consecuencia de impurezas; es suave y plástico; a altas temperaturas de calcinación

pierde toda el agua.

El presente estudio considera únicamente el yeso natural y anhidrita que de

acuerdo a la ley minera son concesibles, sin embargo, es importante mencionar

algunas variedades del mineral que aunque no son concesibles sí se usan

ampliamente en la actividad industrial:

� Selenita, es la variedad incolora y transparente que se presenta con brillo o

lustrosidad perla. La palabra selenita proviene de la palabra griega luna y

significa roca de luna.

� Espato satinado, es un agregado de fibras compactas, tiene una apariencia

muy satinada que por sus cristales fibrosos proyecta juegos de luces.

� Alabastro, es un fino material masivo granulado, es una piedra ornamental

usada desde la antigüedad en finas esculturas.

El yeso es un material con resistencia al fuego, no es abrasivo, tiene baja

temperatura de calcinación; funciona como agente oxidante, de acabado en

construcción y como removedor de espuma. Mejora la estructura o condiciones

físicas del suelo. Es comercializado sobre la base de su necesidad de agua,

126


resistencia, color blanco, tiempo de fraguado, y las cualidades estrechamente

controladas de expansión y contracción.

La distribución de yeso en México se localiza en varias provincias geológicas.

Actualmente la región con mayor potencial productor y principal exportador de yeso

es Baja California Sur, en donde se explota la mayor parte del yeso del país

aportando el 85% de la producción nacional, del cual prácticamente el 100% se

exporta.

La segunda entidad productora es Nuevo León que participa con el 4.3% y la

siguiente es Puebla que colabora con el 4.0%. Jalisco, Coahuila y Sonora son

productores menores con 2.9%, 2.5% y 1.0% respectivamente. Sin embargo, existen

evidencias de presencia de yeso en otros estados, entre éstos se encuentran San

Luís Potosí, Guerrero y Morelos.

127


¿COMO SE FORMA EL CASCARÓN DE HUEVO?


Mc Graw Hill, 6ª Edición, México 1999. p. 683.


La formación del cascarón de un huevo de gallina es un ejemplo fascinante de

un proceso de precipitación natural.

Un cascarón de huevo tiene un peso promedio de 5 gramos y está constituido

por 40 % de calcio. La mayor parte del calcio se asienta en un periodo de 16 horas.

Esto significa que se deposita a una velocidad aproximada de 125 miligramos por

hora. Como ninguna gallina puede consumir calcio con la suficiente rapidez para

satisfacer esta demanda, el calcio lo aporta una estructura ósea especial de los

huesos largos de la gallina, en donde se acumulan grandes reservas de calcio para

formar el cascarón del huevo. [El componente inorgánico de calcio del hueso es el

fosfato de calcio, Ca3(PO4)2, un compuesto insoluble]. Si una gallina se nutre con

una dieta baja en calcio, los cascarones de sus huevos se adelgazan

progresivamente, y para poner un solo huevo, ¡tendría que movilizar 10% del calcio

total de sus huesos! Si su alimentación suele ser baja en calcio, en algún momento

dejará de producir huevo.

El cascarón del huevo está compuesto sobre todo de calcita, una forma

cristalina de carbonato de calcio (CaCO3). Las materias primas Ca2+ y CO2, suelen

ser transportadas por la sangre a la glándula del cascarón. El proceso de

calcificación es una reacción de precipitación:

Ca2+ (ac) + C032- (ac) → CaC03 (s)

En la sangre, los iones Ca2' libres están en equilibrio con los iones calcio

unidos a las proteínas. Conforme los iones calcio libres son captados por esta

glándula, el calcio unido a las proteínas se disocia para restituirlos.

128


Los iones carbonato necesarios para la formación del cascarón de huevo

provienen del metabolismo secundario. El dióxido de carbono producido durante el

metabolismo se convierte en ácido carbónico (H2C03) por la enzima anhidrasa

carbónica (AC):

CO2(9) + H2O(J) CA ' H2C03(ac)

El ácido carbónico se ioniza por etapas para producir iones carbonato:

H2C03(ac) → H'(ac) + HC03(ac)

HC03(aC)H'(aC) + C03-(ac)

Como los pollos no transpiran, deben jadear para regular su temperatura. Con

el jadeo se exhala más CO2 del cuerpo del pollo que en la respiración normal. De

acuerdo con el principio de Le'Chatelier, este mecanismo desplaza el equilibrio

C02H2C03 hacia la izquierda, con lo que disminuye la concentración de iones C02

disueltos y los cascarones del huevo son más delgados. Para remediar este

problema, en climas cálidos a los pollos se les da de beber agua carbonatada.

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El CO2 disuelto en el agua aumenta el CO2 de los líquidos corporales del pollo

y el equilibrio C02-H2C03 se desplaza hacia la derecha.

EL BLANQUEADOR DE NUESTRA CASA

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Hipoclorito de sodio

Hipoclorito de sodio (NaOCl) es un compuesto que puede ser utilizado para

desinfección del agua. Se usa a gran escala para la purificación de superficies,

blanqueamiento, eliminación de olores y desinfección del agua.

¿Cuando se descubrió?

Alrededor del año 1785 el francés Berthollet desarrollo líquidos blanqueantes

utilizando hipoclorito de sodio. La compañía de nombre Javel, introdujo este

producto y lo llamo "licor de Javel". Al principio, se uso para blanquear algodón.

Debido a sus características específicas se extendió con facilidad. El hipoclorito

puede eliminar manchas de la ropa a temperatura ambiente. En Francia el hipoclorito

de sodio todavía es conocido como el 'eau de Javel'.

¿Características del hipoclorito de sodio?

El hipoclorito de sodio es una solución clara de ligero color amarillento y un

olor característico. El hipoclorito de sodio tiene una densidad relativa de 1,1 (5,5%

solución acuosa).Como agente blanqueante de uso domestico normalmente

contiene 5% de hipoclorito de sodio (con un pH de alrededor de 11, es irritante). Si

esta a mayor concentración, contiene un 10 a 15% de hipoclorito de sodio (con un

PH alrededor de 13, se quema y es corrosivo).

130


Hipoclorito de sodio es inestable. El cloro se evapora a razón de 0,75 gramos

de cloro activo por día desde la solución. Después calentado el hipoclorito de sodio

se desintegra. Esto también ocurre cuando hipoclorito de sodio contacta con ácidos,

luz del día, ciertos metales y venenos así como gases corrosivos, incluyendo el gas

de cloro. El hipoclorito de sodio es un oxidante fuerte y reacción con compuestos

combustibles y reductores. El hipoclorito de sodio es una base débil inflamable.

Estas características se deben tener en cuenta en el procedimiento de

transporte, almacenamiento y uso del producto.

131


POLVO PARA HORNEAR

www.food-info.net Tema: Compuestos químicos inorgánicos

El polvo para hornear se usa para aligerar la masa e incrementar el volumen

de productos horneados como pasteles, disquetes y panqués, además de las

mexicanísimas tortillas de harina y muchos otros productos. Ingredientes

Bicarbonato de Sodio, Sulfato de Aluminio y Sodio, Fécula de Maíz, Sulfato de

Calcio y Fosfato Monocálcico.

Tanto la levadura como el polvo para hornear son compuestos utilizados como

leudantes ya que ambos proveerán el dióxido de carbono (CO2), un gas encontrado

al interior de la masa bajo la forma de burbujas, que permitirá la leudación o

incremento en volumen de la misma. Específicamente, la levadura es un

microorganismo viviente que produce el dióxido de carbono a partir de los azúcares

presentes en la masa, además de diversas sustancias y compuestos aromáticos.

Por otro lado, el polvo para hornear está compuesto por un gran número de

sustancias, pero comúnmente es una combinación de un carbonato y un ácido.

Cuando el carbonato entra en contacto con el ácido y el agua, se disociará en

diversos componentes. Durante este proceso, el gas (CO2) es liberado, más no las

sustancias y compuestos aromáticos. Por lo tanto, el sabor del producto no se verá

afectado.

CAPÍTULO 6

REACCIONES QUÍMICAS ¿POR QUÉ “EL ACIDO ESTOMACAL” NO DISUELVE EL ESTÓMAGO?

132


www.arqhys.com Reacciones de neutralización

Sabemos que los ácidos fuertes son corrosivos para la piel. ¿Por qué el acido

del estomago no destruye el recubrimiento de este órgano?

Las células que recubren el interior del estomago están protegidas por una

capa de moco, que es una solución viscosa de un complejo de azucares y proteína,

llamado mucina, y otras sustancias en agua.

La mucina actúa también como una esponja que absorbe los iones

bicarbonato del lado celular y acido clorhídrico del interior del estomago. Los iones

bicarbonato neutralizan el acido dentro del moco.

Cuando la aspirina, el alcohol, las bacterias u otros agentes dañan el moco,

las células expuestas se dañan y se puede formar una ulcera.

ACIDEZ ESTOMACAL



Tema: Reacciones químicas

Los ácidos y las bases fuertes destruyen los tejidos. Cuando una persona

entra en contacto con alguna de estas substancias, ya sea por que ha tocado su piel

o por que la ha ingerido por error, lo primero que debe hacerse es aplicar agua en

grandes cantidades, para diluir ya sea el ácido o la base. Posteriormente, si se trata

de neutralizar una base fuerte, se debe emplear un ácido débil (vinagre o ácido

bórico, H3 BO3, este último sobre todo si el accidente ha ocurrido en los ojos). Así

mismo, para neutralizar la quemadura de un ácido fuerte hay que usar una base

débil (leche de magnesia o bicarbonato de sodio). En el organismo, el pH esta

133


rigurosamente controlado; adopta valores característicos dependiendo del órgano

que consideremos.

Como debes saber, nuestro estomago secreta de manera natural ácido

clorhídrico, que es un ácido fuerte, para llevar acabo proceso de digestión. Por esta

razón, su pH normal, en ayunas, es de 0.9 a 1.5. En estas condiciones funcionan

óptimamente las enzimas que se encargan de la digestión gástrica.

En ocasiones, y por muy diversas razones (abuso de comida, tensión nerviosa

o difícil digestión) aparece la hiperacidez, es decir, un exceso de ácido clorhídrico en

el estomago.

El pH de los jugos gástricos es tan bajo que alcanzamos a apreciar su poder

corrosivo e irritante en las paredes del estómago y el esófago. Para combatir la

acidez estomacal hay que neutralizarla con una base débil. Para ello se vende una

enorme variedad de productos farmacéuticos con diferentes nombres, colores,

presentaciones y precios, aunque todos contienen bases como carbonato de calcio,

hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio o bicarbonato de sodio. Estos

compuestos pueden reaccionar con otros fármacos, por lo que debes consultar un

especialista cuando estés tomando algún medicamento. Todos los antiácidos son

bases débiles que no afectan el tracto digestivo, así que si gozas de buena salud

puedes escoger el que mejor se adapte a tu gusto. Eso si, una acidez constante

puede ser señal de un problema mayor (una úlcera, por ejemplo) que no se resuelve

simplemente con neutralizaciones constantes. Si tienes acidez estomacal con

frecuencia, consulta un médico.

134


Funcionamiento de un antiácido. Reacciones que se presentan cuando se ingiere leche de magnesio

Por otra parte, cuando el pH en el estomago es mayor que lo normal, es decir,

cuando hay poca acidez, la digestión no es tan eficiente y aparece una serie de

malestares. Un estado así se denomina aclorhidria. Este mal se combate tomando

135


ciertos medicamentos que provocan la disminución del pH del estómago hasta

alcanzar valores suficientemente ácidos. Desde luego, no puede tomarse

directamente HCl, ya que irritaría el tracto digestivo y disolvería los dientes. Sin

embargo puede, puede administrársele directamente al estómago por medio de una

sonda, o bien, por la ingestión oral de capsulas gelatinosas que se abren al llegar a

ese órgano. Un tratamiento mejor en estos casos es la administración de clorhidratos

de aminas.

136


EL LAGO ASESINO




El desastre ocurrió muy rápido y sin aviso. El 21 de agosto de 1986, el lago

Nyos, en Camerún, un pequeño país en la costa oeste del África, de manera

repentina arrojo una densa nube de CO2, la cual llego rápidamente al valle, donde

asfixio alrededor de 1700 personas y un gran numero de animales.

¿Como sucedió esta tragedia? El lago Nyos esta estratificado en capas que

no se mezclan. Hay una barrera que separa el agua potable de la superficie y de la

parte del fondo, formada por una densa disolución que contiene disueltos minerales

y gases, entre los que se encuentra el CO2. El CO2 gaseoso proviene de manantiales

d aguas carbonatadas del subsuelo que llegan, por precolación, al fondo del lago

formado en un volcán.

Como la presión del agua es mayor en el fondo del lago, la concentración de

CO2 se acumula en forma gradual hasta un nivel peligroso, de acuerdo con la ley de

Henry. No se conoce con exactitud que provoco la liberación del CO2, pero se cree

que un terremoto algún deslizamiento de tierra o incluso los fuertes vientos pueden

haber alterado el delicado equilibrio del lago y generando olas que mezclaron las

capas del agua.

Cuando el agua del fondo emergió, el CO2 disuelto se separo de la disolución,

como sucede con los refrescos cuando se destapa la botella. Como el CO2 es más

pesado que el aire viaja cerca del suelo, literalmente extinguió un pueblo que se

encontraba a 15 millas de distancia.

Hoy a más de 10 años del accidente los científicos están preocupados porque

consideran que la concentración del CO2 en el fondo del lago Nyos alcanza otra ves

el nivel de saturación. Para prevenir la repetición de la tragedia se ha probado

137


bombear el agua del fondo para liberar el CO2 disuelto, pero este método, además

de resultar muy costoso ha generado controversias, ya que al alterar las aguas

cercanas al fondo se podría provocar una liberación incontrolable de CO2 hacia la

superficie.

Mientras tanto el lago representa un abomba de tiempo natural.

Antes del desastre Después del desastre

LAGO NYOS DESALINIZACIÓN




A través de los siglos, los científicos han buscado formas de eliminar las sales

del agua de mar, proceso denominado desalinización, para aumentar el suministro

de agua potable. Los océanos son una disolución acuosa enorme u extremadamente

complejo. Hay alrededor de 1.5 x 1021 L de agua en los océanos, de la cual el 3.5%

138


(en masa) esta constituido por material disuelto. La siguiente tabla nuestra la

concentración de siete sustancias que untas representa más de los 99% de los

constituyentes disueltos en el agua de los océanos. En una era en la que los

astronautas han pisado la superficie lunar y se han logrado avances espectaculares

en la ciencia y en la medicina, la desalinización puede parecer un objeto bastante

simple.

Sin embargo, la tecnología es muy costosa. Es una paradoja interesante que

en una sociedad tecnológica, lograr alto tan sencillo como la desalinización a un

costo socialmente aceptable, sea tan difícil como alcanzar algo tan complejo como

enviar un astronauta a la Luna.

Composición del agua de mar

IONES g/Kg DE AGUA DE MAR

Cloruro (Cl-) 19.35

Sodio (Na+) 10.76

Sulfato (So42-)2 .71

Magnesio (Mg2+)1 .29

Calcio (Ca2+)0 .41

Potasio (K+)0 .39

Bicarbonato (HCO3-) 0.14

DESTILACIÓN

El método mas antiguo de desalinización, la destilación, produce mas del 90%

de los casi 500 millones de galones diarios de los sistemas de desalinización que

operan a nivel mundial. El proceso implica la evaporación del agua del mar y la

condensación del vapor del agua pura.

Las mayorías de los sistemas de destilación utilizan energía calorífica. Se han

hecho intentos para reducir costos, entre los que se incluye el uso de luz radiación

solar como fuente de energía. Esta propuesta es atractiva porque la luz solar

normalmente es mas intensa en las zonas áridas, donde la necesidad de agua

139


también es mayor. Sin embargo a pesar de los abundantes esfuerzos de

investigación y desarrollo, aun persisten diversos problemas de ingeniería, los

“alambiques solares” todavía no operan a gran escala.

CONGELACIÓN

La desalinización por congelación también se ha desarrollado durante muchos

años, pero no ha podido tener un precio comercial accesible. Este método se basa

en el hecho de que cuando se congela una disolución acuosa (en este caso, agua de

mar) el solidó que se separa de la disolución es agua casi pura. Así, los cristales de

hielo obtenidos del agua de mar congelada en las plantas de desalinización podrían

decantarse y derretirse para producir agua utilizable. La principal ventaja de la

congelación, comparada con la destilación, es el bajo consumo de energía. El calor

de evaporación del agua es 40.79 Kg/mol. Algunos científicos han sugerido que una

solución parcial para la escasez de agua en California seria remolcar los témpanos

desde el Ártico hasta la costa oeste. Las principales desventajas de la congelación

se relacionan con el lento crecimiento de los cristales de hielo y con la eliminación de

los depósitos salinos de los cristales.

OSMOSIS INVERSA

Tanto la destilación como la congelación implican cambios de fase que

requieren de energía. Por otra parte, la desalinización por osmosis inversa no implica

un cambio de fase y es económicamente mejor. La ósmosis inversa utiliza alta

presión para orzar el paso del agua de una disolución concentrada a una menos

concentrada a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica del

agua de mar es aproximadamente de 30 atm, presión que se debe aplicar a la

disolución salina a más de 30 atm, el flujo osmótico se invierte y el agua potable

pasara desde la disolución al comportamiento de la izquierda, a través de la

membrana. La desalinización por ósmosis inversa es mucho mas barata que la

destilación y elimina las dificultades técnicas asociadas a la congelación. El principal

obstáculo para este método es el desarrollo de una membrana que sea permeable al

140


agua pero no a otras sustancias disueltas y que pueda utilizarse a gran escala

durante periodos prolongados en condiciones de alta presión. Una vez que se haya

resuelto este problema y al parecer esta a punto de resolverse la osmosis inversa

puede convertirse en la principal técnica para la desalinización.

141


UN BOCADILLO COCIDO




Casi todos hemos comido huevos duros. Son nutritivos y se cocinan

fácilmente. Pero, ¿cuándo fue la última vez que reflexionó sobre el proceso de

cocción de un huevo o lo examinó con cuidado? Mientras se cuece un huevo

suceden numerosos cambios físicos y químicos muy interesantes. Un huevo de

gallina es un sistema bioquímico complicado, pero aquí sólo estudiaremos las tres

partes principales que observaremos al romper un huevo: el cascaron, la clara o

albúmina y la yema. El cascarón protege los componentes internos del medio

ambiente, pero tienen muchos poros microscópicos por donde puede pasar el aire.

La clara contiene 88% de agua y 12% de proteína. La yema contiene 50% de

agua, 34% de grasa, 16% de proteína y una pequeña cantidad de hierro en forma de

iones Fe2+. Las proteínas son polímeros de aminoácidos. En disolución, cada

cadena larga de una molécula de proteína se pliega en tal forma que las partes

hidrofóbicas de la molécula quedan ocultas y las partes hidrofílicas quedan

expuestas a la disolución. Éste es el estado nativo o estable de una proteína que le

permite llevar acabo sus funciones fisiológicas normales. El calor hace que las

moléculas de proteína se desdoblen o desnaturalicen.

Los compuestos químicos como ácidos y sales (NaCl) también pueden

desnaturalizar a las proteínas. Para evitar el contacto con el agua, las partes

hidrofóbicas de las proteínas desnaturalizadas se agregan o coagulan para formar

un sólido blanco opaco semirígido. El calentamiento también descompone algunas

proteínas de tal manera que el azufre que contienen se combina con el hidrógeno

para formar sulfuro de hidrógeno (H2S), un gas de olor desagradable que a veces se

puede detectar cuando se rompe la cáscara de un huevo duro.

142


Un problema que se tiene a menudo con los huevos duros es que su cascarón

se rompe en el agua. El procedimiento que se recomienda al cocer los huevos es

colocarlos en agua fría y luego dejar que el agua hierva. En este caso, ¿cuál es la

causa de que se rompan los cascarones? ¿A qué se debe que el cascarón ya no se

rompa si se perfora con una aguja para hacerle un pequeño orificio? La manera

menos recomendable de cocer los huevos es ponerlos en agua hirviente recién

sacados del refrigerador o a temperatura ambiente. ¿Cuál otro mecanismo podría

hacer que se rompan los cascarones?

Cuando el cascarón se rompe mientras el huevo se cuece, parte del huevo se

sale y forma una especie de “serpentina” desagradable. Un cocinero experto agrega

sal o vinagre al agua antes de hervir los huevos para evitar que se formen estas

serpentinas. Explique el fundamento químico de esta maniobra.

Identifique la sustancia verde que se forma en la capa externa de la yema de

un huevo pasado de cocción y escriba la ecuación que represente la formación de

143


este compuesto. La desagradable “yema verde” se puede eliminar o reducir al

mínimo si el huevo muy cocido se enjuaga con agua fría inmediatamente después de

sacarlo del agua hirviente. ¿Cómo es que esto elimina la sustancia verde?

La manera de distinguir un huevo podrido de uno duro, sin necesidad de

romper el cascarón, es girar los huevos. ¿Cómo funciona este método?

144


LOS CERILLOS




Como los conocemos actualmente, los cerillos son una invención de este

siglo. Aunque en el siglo pasado ya se producían en forma comercial, eran

sumamente peligrosos, pues podían incendiarse espontáneamente con un poco de

sol o de calor.

La cabeza del cerillo contiene clorato de potasio, KClO3, que se descompone

con el calor.

KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)

Ésta es la fuente de oxigeno necesario para la combustión. Por su parte, el

sulfuro de antimonio, Sb2S3, y la parafina son los combustibles. La chispa y el calor

iniciales se producen por fricción, gracias a la presencia de sustancias abrasivas y

de fósforo rojo en la cinta de encendido. No hay duda de que las reacciones

químicas de óxido-reducción implicadas en el funcionamiento de los cerrillos son

complejas, pero el concepto central es que proporcionan los elementos (calor,

oxigeno y combustible).

LA OXIDACIÓN DEL GLICEROL




En la exploración de esta sección llevaste a cabo la reacción entre glicerol y el

permanganato de potasio, al entrar en contacto estas 2 sustancias se producía fuego

y gases, el KMnO4 oxida violentamente el glicerol produciendo, como en todas las

145


reacción de oxidación completa de compuestos orgánicos, CO2 y agua. La reacción

es:

14 KMnO4+ 4C3H8O3 → 7K2CO3+7Mn2O3+ 5CO2+ 16H2O

Solo el carbono y el manganeso cambian sus números de oxidación en esta

reacción. El carbono sufre una oxidación y el manganeso se reduce. Dejamos como

ejercicio verificar los números de oxidación que se encuentran en los átomos de

carbono.

C (central): 0 → 4+

C (centrales): 1 → 4+

H2C-OH

H2C-OH

H2C-OH

Mn: 7+ 3+

K2CO3

C3H8O3 CO2 Carbono

-2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7

146


2 3 4

147

Manganeso KMnO OMn


ANTISÉPTICOS Y DESINFECTANTES




Un antiséptico es una sustancia que evita el crecimiento de los

microorganismos, y un desinfectante aquel que destruye las bacterias y

microorganismos patógenos. Los primeros se utilizan por lo regular en tejidos vivos,

y los segundos en materiales inanimados.

A principio del siglo pasado, cualquier intervención quirúrgica era muy

peligrosa, ya que la herida podía infectarse fácilmente, y no se contaba con los

antibióticos actuales. En 1867, Joseph Lister inventó la cirugía antiséptica al

introducir el uso de disoluciones de fenol para limpiar las heridas y descontaminar

los instrumentos empleados en las operaciones. Desde entonces, la cirugía ha

alcanzado logros notables por la introducción sistemática de productos químicos con

estas funciones.

Estas sustancias actúan generalmente como agentes oxidantes de algunas

sustancias fundamentales para la vida de las bacterias. Por su alto poder oxidante,

los antisépticos atacan y llegan a destruir también las células de la piel u otros

tejidos, por lo que su aplicación debe ser controlada.

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