220803111 Lecturas de Quimica Bachillerato

Carlos Andrés Paredes Perdomo2014 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I Educación media MOLÉCULA DE COLESTEROL MOLÉCULA DE MORFINA Por querer entender los fenómenos que acompañan nuestro diario vivir, por la satisfacción de seguir contribuyendo al crecimiento personal y de mis estudiantes en el ámbito de las ciencias, porque al conocer mejor nuestro planeta y sus procesos, podemos entender la importancia de conservar su naturalidad, pero estrictamente por la necesidad de creer en que los jóvenes de hoy; son a futuro, los encargados de trasformar esta sociedad. CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO INTRODUCCIÓN Se dice que la química tiene como objeto de estudio todo lo que existe, o sea de lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, lo anterior implica la importancia de la misma en el estudio y explicación del comportamiento de la materia, sus propiedades y sus transformaciones. Dicho de otro modo, el hombre mediante la química estudia la materia y los fenómenos que se asocian a ella, desde la composición de más pequeña sustancia; hasta la trasformaciones de esas sustancias en materias totalmente nuevas, con propiedades distintas y con usos que infieren un mejoramiento en la calidad de vida en los seres vivientes (medicina, agricultura, tecnología etc.). La química como ciencia, es una disciplina cambiante y por tanto dinámica, la estrecha relación con el hombre y los grandes alcances de la humanidad mediante la química han permitido el desarrollo de innumerables avances en diferentes ámbitos, por citar un ejemplo, la identificación y la síntesis de feromonas implicadas en el apareamiento permiten interferir en el ciclo reproductivo normal de plagas comunes, esto implica hacer menos uso de plaguicidas tóxicos los cuales desembocan en consecuencias catastróficas en la tierra y otras especies. Desde el momento en que despertamos, hasta el momento en que volvemos a dormir (inclusive ya dormidos) nos relacionamos con la química, al despertar inician una serie de variaciones en la concentración de las hormonas que controlan las funciones vitales de nuestro cuerpo y es la noche cuando la melatonina aparece como nuestro inductor natural del sueño, sustancias que únicamente pudieron ser identificadas y clasificadas por medio de la química. De allí nace la importancia de elaborar un documento que relacione los temas vistos durante el curso de química, con situaciones de la cotidianidad del estudiante, para darle continuidad y contextualización, fortaleciendo otras competencias como la capacidad de comprensión lectora, la extracción de la información y el uso y relación de la estas con las temáticas tratadas. Para la elaboración de este documento, se tomó como referencia lecturas de fuentes académicas serias y reconocidas como libros de química universitaria y revistas electrónicas, algunas de las lecturas han sufrido pequeñas adaptaciones para hacerlo más comprensivo a nivel de la media y del contexto donde se proponen desarrollar. Las cuestiones han sido propuestas de manera intencionada con el fin de evaluar algunas de las competencias que se desean desarrollar y fortalecer en química, por ejemplo: el uso comprensivo del conocimiento científico, donde el estudiante debe comprender y usar nociones, conceptos y teorías de las ciencias en la solución de problemas, así como de establecer relaciones entre conceptos y conocimientos adquiridos sobre fenómenos que se observan con frecuencia. La segunda competencia es la explicación de fenómenos, para que el estudiante construya explicaciones y comprenda argumentos y modelos que den razón de fenómeno en su cotidianidad, y por último se pretende desarrollar la indagación, que implica, entre otras cosas, plantear preguntas, hacer predicciones, identificar variables, realizar mediciones, organizar y analizar resultados, plantear conclusiones y comunicar apropiadamente sus resultados. Pongo entonces a disposición de mis estudiantes y colegas este material elaborado de forma objetiva, con intenciones únicamente académicas y de enseñanza, su propósito es fortalecer los conocimientos en química, hacer más agradable el aprendizaje y la enseñanza de la química en las escuelas y colegios donde tenga lugar y además de hacer visible la aplicabilidad de la química en la vida cotidiana. CONENIDO Pág. PORTADA INTRODUCCIÓN ………………………………………..................………………………………………............ 2 TABLA DE CONTENIDO……………………………………….................……………………….................... 3 La química está en todas partes ……………………….................……………………………............... 6 La desaparición de los dinosaurios……………………….........................……………………............. 7 La importancia de las unidades……………………….................…………………………….................. 8 ¿Por qué disminuye la temperatura al subir de altura?……………………….................……….. 9 ¿Por dónde perdemos más calor?……………………….................……………………………............. 9 ¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? ………………………........ 10 Plasma… ¿un cuarto estado de la materia? ……………………….................………………………… 11 Átomos, ¿de verdad existen? ……………………….................…………………………………………….. 12 El poderoso átomo……………………….................…………………………….................……………….. 13 Distribución de los elementos en la tierra……………………….................…………………………… 14 ¿Con que se tapan las muelas? ……………………….................……………………………............... 15 ¿No que no reaccionan? ……………………….................…………………………….................……… 16 Una fiesta muy elemental……………………….............…………………………….................…………. 17 Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante………………………............…… 19 ¿Cómo se forman las estalactitas y las estalagmitas?……………………….................…………… 20 Alcoholímetro ……………………….................…………………………….................…………………….. 21 Fertilizantes químicos……………………….................…………………………….................…………… 22 Hervir un huevo en la cima de una montaña ……………………….................…………………….… 23 Ollas de presión……………………….................…………………………….................……………………… 23 El buceo y las leyes de los gases ……………………….........................................................…… 24 ¿Mezclar la bebida emborracha más? ………………….................………………………................ 25 De agua dulce o de agua salada………………………............................................................... 25 La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina……………………….................…… 26 ¿Cuánto viven los espermatozoides después de la eyaculación?...........……………….......... 27 ¿Es verdad que las bebidas de cola eliminan el óxido?……………………………….................… 27 El vendaje inteligente……………………….................………………………................................…… 27 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………………..… 28 Lecturas 6 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO LA QUIMICA ESTA EN TODAS PARTES Mondragón et al. 2010. TEMA: INTRODUCCION A LA QUIMICA Como todo lo que existe en el universo es materia, podríamos afirmar que la química estudia el universo. Esta es una de las principales razones por las cuales desde sus orígenes, los seres humanos, consciente o inconscientemente, han mediado las transformaciones químicas que ocurren en la naturaleza. Las aplicaciones de la química son enormes. Ejemplo de ello son los productos cuya fabricación involucra procesos químicos tales como: medicamentos, alimentos, detergentes, cosméticos, pinturas, explosivos, baterías, tintas de impresoras, películas fotográficas, fibras textiles, colorantes, metales, materiales de construcción, pruebas de laboratorio, fertilizantes, agroquímicos, pegantes, plásticos, combustibles, perfumes, entre otras sustancias. El comercio de estos productos químicos a nivel nacional y mundial es de miles de millones de dólares, por lo tanto, el estudio y las aplicaciones de la química son pilares de múltiples industrias en la sociedad moderna. Por otro lado, la vida misma es un fenómeno bioquímico. Nuestro cuerpo está constituido por células que, a su vez, están formadas por millones de compuestos químicos como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN). En cada una de las células de nuestro cuerpo suceden a diario miles de reacciones químicas que en conjunto se denominan metabolismo. Nuestra alimentación, crecimiento y actividades corporales se encuentran mediados por procesos bioquímicos. El origen mismo de la vida hace aproximadamente tres mil quinientos millones de años (3.500.000.000) fue un fenómeno químico que aún sigue siendo objeto de estudio para la ciencia. Actualmente, la química es considerada una ciencia básica que hace parte integral de diversas áreas profesionales gracias a la complejidad propia de su saber. Por lo tanto, los procesos, las herramientas y los objetivos que caracterizan a esta ciencia deben apuntar a la solución de problemas y a cubrir las necesidades que exige la sociedad moderna. En este sentido, es válido cuestionarnos acerca de los perfiles profesionales de quienes dedican sus esfuerzos a mejorar nuestros estilos de vida. A continuación, se hace referencia a algunas carreras profesionales basadas en el estudio propio de esta ciencia: • Química: profesión dedicada a la comprensión y aplicación general de la química. Quienes se dedican a esta profesión trabajan en universidades, laboratorios, industrias y en investigación pura y aplicada. • Licenciatura en química: carrera dedicada a la enseñanza de la química tanto en secundaria como a nivel universitario. • Química farmacéutica: área de la química encargada del diseño, desarrollo y fabricación de medicamentos y cosméticos. • Ingeniería química: profesión que se fundamenta en la comprensión y el diseño de procesos químicos a nivel industrial. • Ingeniería de alimentos: carrera dedicada a la comprensión y aplicación de procesos químicos en la producción de alimentos industrializados. La variedad de campos de la química hace necesario que existan diversas especialidades en su estudio. Por esto, encontramos la química inorgánica, la química orgánica, la fitoquímica, la bioquímica, la geoquímica, la fisicoquímica y la astroquímica, entre otras. CUESTIONES 1. En sí, ¿qué estudia la química y dónde la podemos encontrar? 2. Cómo explicas la frase “..el estudio y las aplicaciones de la química son pilares… 3. Cómo crees que la química se pueda entender muchas de las actitudes y comportamientos de los seres humanos, consulta algunas sustancias a nivel bioquímico y relaciónalas con la etología humana. 4. ¿Qué pasaría si desde el punto de vista metabólico y de salud, no existiera la química? 5. La identificación y la síntesis de feromonas implicadas en el apareamiento permiten interferir en el ciclo reproductivo normal de plagas comunes. ¿Cómo puede intervenir la química con esta situación? 6. En países pobres, casi 80% de la fuerza laboral se dedica a la producción agrícola y la mitad del presupuesto familiar promedio se gasta en alimentos. Desde la química cual sería una solución para esta problemática? 7. Desde las carreras profesionales mencionadas, propone los resultados o posibles alcances del trabajo de los profesionales en ejercicio en cada una de estas ramas. 7 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO LA DESAPARICIÓN DE LOS DINOSAURIOS Raymond Chang, 2010. TEMA: MÉTODO CIENTÍFICO Los dinosaurios predominaron en la Tierra durante millones de años y luego desaparecieron repentinamente. A fin de resolver este misterio, los paleontólogos estudiaron fósiles y esqueletos encontrados en las rocas de diversas capas de la corteza terrestre. Sus descubrimientos les permitieron identificar especies que existieron en el planeta durante periodos geológicos específicos. Además, revelaron la ausencia de esqueletos de dinosaurios en las rocas formadas inmediatamente después del periodo cretácico, que data de hace 65 millones de años. Por tanto, se supone que los dinosaurios se extinguieron hace 65 millones de años. Entre las muchas hipótesis planteadas para explicar su desaparición, se cuentan alteraciones de la cadena alimentaria y un cambio brusco del clima resultante de erupciones volcánicas violentas. Sin embargo, no se tenían datos convincentes en favor de ninguna hipótesis sino hasta 1977. Fue entonces cuando un grupo de paleontólogos que trabajaba en Italia obtuvo algunos datos desconcertantes en un sitio cercano a Gubbio (Italia). El análisis químico de una capa de arcilla depositada por arriba de sedimentos formados durante el periodo cretácico (y, por tanto, una capa que registra lo ocurrido después de ese periodo) mostro un contenido sorprendentemente alto del elemento iridio (Ir), poco común en la corteza terrestre y comparativamente abundante en asteroides. Esa investigación llevo a la hipótesis de que la extinción de los dinosaurios ocurrió como sigue. A fin de explicar la cantidad de iridio encontrada, los científicos plantearon que un gran asteroide, de varios kilómetros de diámetro, impacto la Tierra en la época de la desaparición de los dinosaurios. Dicho impacto debe haber sido tan fuerte que literalmente vaporizo una gran cantidad de rocas, suelo y otros objetos circundantes. El polvo y desechos resultantes flotaron en la atmosfera y bloquearon la luz solar durante meses o quizás años. A falta de luz solar abundante, muchas de las plantas no pudieron crecer, y el registro fósil confirma que, de hecho, muchos tipos de plantas se extinguieron en esa época. De tal suerte, por supuesto que muchos animales herbívoros perecieron y, a su vez, los carnívoros sufrieron hambre. La carencia de fuentes de alimento al parecer afectaba a los grandes animales, que necesitaban grandes volúmenes de comida, más rápida y notablemente que a los animales más pequeños. Así pues, los enormes dinosaurios, de los cuales el más grande habría pesado hasta 30 toneladas, desaparecieron a falta de alimento. CUESTIONES 1. ¿De qué manera el estudio de la extinción de los dinosaurios ilustra el método científico? Explique y relacione con los pasos del mismo. 2. Plantea dos maneras en las que podría comprobar la hipótesis de la colisión del asteroide. 3. Plantea dos hipótesis diferentes a la del asteroide y formula mediante el método científico su comprobación. 4. En tu opinión, ¿se justifica referirse a la explicación del asteroide como la teoría de la extinción de los dinosaurios? 5. Al no haber luz, ¿cuál es el proceso que se ve afectado y por qué conlleva a la desaparición de estas especies? 6. En tu opinión, ¿qué hubiese sucedido con los organismos actuales si los dinosaurios no hubieran desaparecido? ¿Sería entonces el hombre la raza dominante? Explica. 7. ¿Qué pasaría si haciendo alusión al ala película Jurassic Park, con los avances tecnológicos y científicos se lograran revivir los dinosaurios? Plantea al menos 3 hipótesis. 8 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO LA IMPORTANCIA DE LAS UNIDADES R. Chang, 2010. TEMA: UNIDADES Y MAGNITUDES En diciembre de 1998, la NASA lanzo el Martian Climate Orbiter, con costo de 125 millones de dólares (unos 246,135,000,000 de pesos colombianos), del cual se pretendía que fuera el primer satélite meteorológico del planeta rojo (Marte). Luego de un recorrido de casi 416 millones de millas, la nave espacial debía entrar en órbita marciana el 23 de septiembre de 1999. En vez de ello, el satélite entro en la atmosfera de marte a una altura de casi 100 km (62 millas) menor que la planeada y el calor lo destruyo. Los controladores de la misión señalaron que la perdida de la nave espacial se debió a un error en la conversión de las unidades inglesas de medición a las unidades métricas en los programas de navegación. Los ingenieros de la Lockheed Martin corporation que fabricaron la nave espacial especificaron su fuerza en libras, que es la unidad inglesa. Por su parte, los científicos del Jet Propulsión Laboratory de la NASA habían supuesto que los datos de fuerza que recibieron estaban expresados en unidades métricas, a saber, en Newton. Por lo común, la libra es la unidad de masa. Sin embargo, cuando se expresa como unidad de fuerza, 1 lb es la fuerza debida a la atracción ejercida por la gravedad sobre un objeto que tiene dicha masa. La conversión entre libra y newton parte de que 1 lb = 0.4536 kg y de la segunda ley del movimiento de Newton: Fuerza = masa × aceleración = 0.4536 kg × 9.81 m/s 2 = 4.45 kg m/s 2 = 4.45 N Puesto que 1 newton (N) = 1 kg m/s 2 . Así pues, en vez de convertir 1 lb de fuerza a 4.45 N, los científicos la consideraron como 1 N. La fuerza considerablemente menor del motor expresada en newton dio por resultado una órbita más baja y, en última instancia, la destrucción de la nave. Uno de los científicos comento lo siguiente sobre el fracaso de la misión a marte: “Esta será una anécdota de advertencia que se incluirá en la introducción al sistema métrico en la educación básica, media y superior hasta el fin de los tiempos”. CUESTIONES 1. ¿Cuál es la importancia de las mediciones en el trabajo científico y en tu vida diaria? 2. ¿Cuál es la razón por la cual fracaso la misión a Marte y específicamente cuál fue el error cometido y cuál era su diferencia numérica? 3. Diga la importancia de estandarizar las mediciones y de que exista un sistema internacional de medidas. 4. Menciona al menos 3 ejemplos de errores que se pueden presentar en cuanto a las mediciones en tu diario vivir. 5. Los consumidores tienen una visión distorsionada cuando comparan información en la que están implicados números, así los consumidores perciben que la diferencia entre una garantía de 84 o de 108 meses para un electrodoméstico es mucho mayor que la diferencia entre 7 años y 9 años o que para pagar un crédito 24 meses duran más que 2 años (a pesar de ser idénticas). ¿A qué crees que se deban estas inconsistencias? 6. En el ámbito químico, de salud y científico en general, cual es la importancia de las mediciones y hacer control de los factores de error 7. Nombre los posibles factores que influyen en los errores al hacer una medición y sus posibles consecuencias. 9 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿POR QUÉ DISMINUYE LA TEMPERATURA AL SUBIR DE ALTURA? R. Muy Interesante TEMA: TEMPERATURA Y CALOR Los sondeos diarios meteorológicos confirman que, generalmente, a medida que se asciende en la zona de la atmósfera más cercana a la Tierra o troposfera, cuyo espesor medio es de unos 11 km, la temperatura disminuye a un ritmo de unos 0,65 ºC por cada 100 metros de elevación. La causa principal de este fenómeno, conocido como gradiente vertical de temperatura, es la superficie terrestre, que actúa como un foco calorífico, desprendiéndose del calor recibido por la radiación solar y transmitiéndola a la capa de aire más cercana a ella. Así, cuanto más lejos esté una capa de aire de dicha superficie, más fría estará. Sin embargo, en ocasiones se da un aumento de temperatura con la altura, fenómeno que se conoce como inversión térmica. CUESTIONES 1. ¿Por qué las zonas con mayor altura como Belén (2040 m.s.n.m.) se encuentran a menor temperatura y por tanto se siente mayor sensación de frio? Explíquelo en términos de calor. 2. ¿Es la altura el único factor que determina que algunos lugares sean más fríos que otros? 3. ¿A que hace referencia la frase...… la superficie terrestre, que actúa como un foco calorífico…? 4. ¿Cuáles son las formas en la que se transfieren el calor? Cita ejemplos. 5. ¿Qué implicaciones fisiológicas pueden influir en la alteración del equilibrio térmico del cuerpo humano? 6. Averigua la altura y la temperatura promedio de al menos 10 ciudades de Colombia y propón una gráfica que muestre la relación entre la altura y la temperatura. ¿POR DÓNDE PERDEMOS MÁS CALOR? Por encima de los 37º C y por debajo de los 22º C, el organismo produce o cede calor para mantener el tórax, el abdomen y el cerebro a unos 37º C. La cabeza es el lugar por donde hay más escapes térmicos, y ocurre de varios modos: mediante la evaporación del sudor; a través del contacto entre la piel y el aire o un objeto más frío; y, sobre todo, por radiación, que es proporcional a la diferencia de temperatura con el entorno. CUESTIONES 1. Lee con atención las siguientes situaciones y explique en términos científicos lo sucedido: a) Una persona toma una ducha muy fría en un día muy helado de invierno. Luego de algunos minutos de salir de la ducha, tiene una sensación de calor. b) Una persona toma una ducha con agua a mayor temperatura que su cuerpo en un día muy “caluroso”. Luego de algunos minutos tiene una sensación de frío. 2. En que medio es posible que se enfrié más rápido una olla con sopa caliente, al aire libre o dejándola reposar sobre agua de la alberca. Explíquelo en términos de calor. 3. Si se tiene agua, y le agregamos un cubo de hielo, en términos de calor, ¿qué es lo que sucede? Dibuja el sistema. 4. ¿Que podría pasar si una persona perdiera más calor que el que produce? ¿Cuál sería la parte del cuerpo a proteger con mayor urgencia y por qué? 10 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿POR QUÉ LOS LAGOS SE CONGELAN DESDE LA SUPERFICIE HACIA EL FONDO? TEMA: PROPIEDADES DELA MATERIA R. Chang, 2010. El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua tiene una profunda implicación ecológica. Considere como ejemplo los cambios de temperatura en el agua dulce de un lago en un clima frio. A medida que la temperatura del agua cercana a la superficie desciende, su densidad aumenta. El agua más fría entonces se hunde hacia 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 en toda el agua alcanza 4°C. Por debajo de esta temperatura, la densidad del agua comienza a descender con la disminución de la temperatura (vea la figura 1), de manera que ya no se va hacia el fondo. Con mayor enfriamiento, el agua de la superficie comienza a congelarse. La capa de hielo formada no se hunde debido a que es menos densa que el agua líquida; incluso actúa como aislante térmico para el agua que se encuentra por debajo de ella. Si el hielo fuera más pesado, se hundiría hasta el fondo del lago y finalmente el agua se congelaría en forma ascendente. La mayoría de los organismos que habitan en el agua no sobrevivirían y se congelarían. Por fortuna, el agua de los lagos no se congela desde el fondo hacia la superficie. Esta propiedad peculiar del agua hace posible la pesca deportiva en hielo. Figura 1. Diagrama de densidad contra temperatura para el agua líquida. La densidad máxima del agua se alcanza a 4°C. La densidad del hielo a 0°C es aproximadamente de 0.92 g/ cm 3 . CUESTIONES 1. ¿Cuál es la diferencia entre viscosidad y densidad? Cite al menos 3 ejemplos. 2. ¿Por qué las cosas más densas “se hunden”? Cite ejemplos. 3. ¿En qué consiste la corriente por convección? Haga un dibujo. 4. ¿A qué se debe que por debajo de 4ºc la densidad del agua comienza a descender? 5. ¿Cuál es la ventaja de que el agua actué como aislante térmico? 6. ¿Cómo explicas la frase? “La capa de hielo formada no se hunde debido a que es menos densa que el agua líquida”. 7. ¿Qué ventajas trae para un ecosistema acuático el hecho de que un lago no se congele de abajo hacia arriba? 8. ¿Cuál es la relacione entre a densidad y la temperatura directa o inversa? ¿Qué se debe dicha relación? 11 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO PLASMA… ¿UN CUARTO ESTADO DE LA MATERIA? Garritz, A. y Chamizo J. A. TEMA: MATERIA Y SUS PROPIEDADES 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, encontró un grupo de investigación que buscaba la manera de prolongar la vida de las lámparas incandescentes. Quince años más tarde, 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 como 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. Por otro lado, como los plasmas son materia con carga eléctrica, su interacción con campos magnéticos puede ayudar a generar energía eléctrica, llamada potencial magneto hidrodinámica. CUESTIONES 1. En resumen ¿cuál es el cuarto estado de la materia y por qué se caracteriza? 2. ¿Qué es una sustancia ionizada? 3. ¿Por qué se requiere grandes cantidades de energía para lograr el estado de plasma? 4. ¿Es posible encontrar estados de plasma en nuestro hogar, cite ejemplos? 5. ¿Por qué no es común o fácil, encontrar u obtener estados de plasma en nuestro entorno? 6. A que temperatura equivalen en ºC las temperaturas de los plasmas fríos y calientes 7. ¿Cómo es el funcionamiento de los televisores de plasma? 8. ¿Qué pasaría si a altísimas temperaturas se diera la fusión de los núcleos atómicos? 12 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ÁTOMOS, ¿DE VERDAD EXISTEN? Hill John W. y Kolb Doris K. TEMA: 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. (figura 1) Imagina que una corriente de aire hace volar todos los átomos de una moneda de un centavo de dólar hasta ser apenas visibles, como minúsculos granos de arena. Los átomos de una sola moneda bastarían para cubrir de “arena” de 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. FIG1. REPRESENTACIÓN DEL ÁTOMO DE CARBONO CUESTIONES 1. ¿Existen en verdad los átomos? Sustente su respuesta. 2. ¿Cómo hicieron los científicos para demostrar la existencia de los átomos? 3. ¿Qué es un modelo atómico? 4. Como explicas la frase… a las personas les resultaba difícil creer que existían en efecto… 5. ¿Se puede pesar un solo átomo? ¿Por qué decimos que es imposible pesar en gramos un sólo átomo o una sola molécula, a cambio de eso en qué unidades logramos determinar las masa atómica de un solo átomo o molecular de un sola molécula? 6. ¿En qué unidades se mide la cantidad de sustancia y qué equivalencia numérica tiene dicha unidad, con qué nombre se conoce este número? 7. A que hace referencia la frase “No todos los átomos son iguales, los distintos elementos tienen diferentes tipos de átomos”. 13 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO EL PODEROSO ATOMO Bill Bryson, TEMA: ESTRUCTURA ATOMICA El gran físico del Instituto Tecnológico de California, Richard Feynman, dijo una vez que si hubiese que reducir la historia científica a una declaración importante, ésta sería: «Todas las cosas están compuestas por átomos». Están en todas partes y lo forman todo. Mira a tu alrededor. Todo son átomos. No sólo los objetos sólidos como las paredes, las mesas y los sofás, sino el aire que hay entre ellos. Y están ahí en cantidades que resultan verdaderamente inconcebibles. La disposición operativa fundamental de los átomos es la molécula (que significa en latín «pequeña masa»). Una molécula es simplemente dos o más átomos trabajando juntos en una disposición más o menos estable: si añades dos átomos de hidrógeno a uno de oxígeno, tendrás una molécula de agua. Los químicos suelen pensar en moléculas más que en elementos, lo mismo que los escritores suelen pensar en palabras y no en letras, así que es con las moléculas con las que cuentan ellos, y son, por decir algo, numerosas. Al nivel del mar y a una temperatura de 0 °C, un centímetro cúbico de aire (es decir, un espacio del tamaño aproximado de un terrón de azúcar) contendrá 45.000 millones de millones de moléculas. Y ese es el número que hay en cada centímetro cúbico que ves a tu alrededor. Piensa cuántos centímetros cúbicos hay en el mundo que se extiende al otro lado de tu ventana, cuántos terrones de azúcar harían falta para llenarlo. Piensa luego cuántos harían falta para construir un universo. Los átomos son, en suma, muy abundantes. Son también fantásticamente duraderos. Y como tienen una vida tan larga, viajan muchísimo. Cada uno de los átomos que tú posees es casi seguro que ha pasado por varias estrellas y ha formado parte de millones de organismos en el camino que ha recorrido hasta llegar a ser tú. Somos atómicamente tan numerosos y nos reciclamos con tal vigor al morir que, un número significativo de nuestros átomos (más de mil millones de cada uno de nosotros), probablemente pertenecieron alguna vez a Shakespeare. Mil millones más proceden de Buda, de Gengis Kan, de Beethoven y de cualquier otro personaje histórico en el que puedas pensar (los personajes tienen que ser, al parecer, históricos, ya que los átomos tardan unos decenios en redistribuirse del todo; sin embargo, por mucho que lo desees, aún no puedes tener nada en común con Michael Jackson). Así que todos somos reencarnaciones, aunque efímeras. Cuando muramos, nuestros átomos se separarán y se irán a buscar nuevos destinos en otros lugares (como parte de una hoja, de otro ser humano o de una gota de rocío). Sin embargo, esos átomos continúan existiendo prácticamente siempre. Sobre todo, los átomos son pequeños, realmente diminutos. Medio millón de ellos alineados hombro con hombro podrían esconderse detrás de un cabello humano. A esa escala, un átomo solo es en el fondo imposible de imaginar, pero podemos intentarlo. Empieza con un milímetro, que es una línea así de larga: - Imagina ahora esa línea dividida en mil espacios iguales. Cada uno de esos espacios es una micra. Ésta es la escala de los microorganismos. Un paramecio típico, por ejemplo (se trata de una diminuta criatura unicelular de agua dulce) tiene unas dos micras de ancho (0,002 milímetros), que es un tamaño realmente muy pequeño. Si quisieses ver a simple vista un paramecio nadando en una gota de agua, tendrías que agrandar la gota hasta que tuviese unos doce metros de anchura. Sin embargo, si quisieses ver los átomos de esa misma gota, tendrías que ampliarla hasta que tuviese 2.4 kilómetros de anchura. Es un grado de pequeñez que supera la capacidad de nuestra imaginación, pero puedes hacerte una idea de las proporciones si tienes en cuenta que un átomo es, respecto a la línea de un milímetro de antes, como el grosor de una hoja de papel respecto a la altura del Empire State. CUESTIONES 1. Propone la idea principal del texto. 2. ¿Cuál es la intención del autor al ejemplarizar el átomo con cosas tangibles? 3. Qué pretende el autor al comparar en la frase “Los químicos suelen pensar en moléculas más que en elementos, lo mismo que los escritores suelen pensar en palabras y no en letras, así que es con las moléculas con las que cuentan ellos”. 4. ¿Es posible que al lamer una cuchara con la que comemos, estemos arrastrando átomos de la cuchara hacia nuestro organismo, de ser cierto, existe la posibilidad que algún día se acabe la cuchara? 5. Haz una comparación en cuanto al tamaño de tu entorno con el de un átomo. 6. ¿Es posible que estemos compuestos de los mismos átomos que constituyeron a Jesús de Nazaret? sustenta la respuesta. 14 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS EN LA TIERRA Raymond Chang, 2010. TEMA: TABLA PERIODICA La mayor parte de los elementos se presentan en forma natural. ¿Cómo están distribuidos estos elementos en la Tierra, y cuáles son esenciales para los sistemas vivos? Aproximadamente, la extensión de la corteza terrestre desde la superficie hacia el centro de la Tierra es de 40 kilómetros (alrededor de 25 millas). Debido a dificultades técnicas, los científicos no han podido estudiar las porciones internas de la Tierra con tanta facilidad como las de la corteza. No obstante, se cree que en el centro de la Tierra existe un núcleo sólido compuesto en su mayor parte por hierro. Alrededor del núcleo se encuentra una capa llamada manto, la cual está formada por un fluido caliente que contiene hierro, carbono, silicio y azufre. De los 83 elementos que se encuentran en la naturaleza, 12 constituyen 99.7% de la masa de la corteza terrestre. Éstos son, en orden decreciente de abundancia natural, oxígeno (O), silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), calcio (ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), titanio (Ti) hidrógeno (H), fósforo (p) y manganeso (Mn). Al analizar la abundancia natural de los elementos, debemos recordar que: 1) los elementos no están distribuidos de manera uniforme en la corteza terrestre, y 2) la mayoría se presentan en combinaciones. Estos datos proporcionan la base para la mayoría de los métodos de obtención de elementos puros a partir de sus compuestos. En la tabla siguiente se presentan los elementos esenciales en el cuerpo humano. Especialmente importantes son los elementos traza, como hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), yodo (I) y cobalto (Co), los cuales en conjunto conforman aproximadamente 0.1% de la masa corporal. Estos elementos son necesarios para el desarrollo de las funciones biológicas como el crecimiento, el transporte de oxígeno para el metabolismo y la defensa contra las enfermedades. Existe un balance delicado en las cantidades presentes de estos elementos en nuestros cuerpos. Su deficiencia o exceso durante un amplio periodo puede producir enfermedades graves, retraso mental o incluso la muerte. Elemento * Porcentaje en masa* Elemento Porcentaje en masa* Oxígeno 65 65 Sodio 0.1 0.1 carbono 18 18 Magnesio 0.05 0.05 Hidrógeno 10 10 Hierro <0.05 <0.05 Nitrógeno 3 3 cobalto <0.05 <0.05 calcio 1.6 1.6 cobre <0.05 <0.05 Fósforo 1.2 1.2 Zinc <0.05 <0.05 potasio 0.2 0.2 Yodo <0.05 <0.05 Azufre 0.2 0.2 Selenio <0.01 <0.01 cloro 0.2 0.2 Flúor <0.01 <0.01 Abundancia natural de los elementos en porcentaje por masa. Por ejemplo, la abundancia de oxígeno es de 45.5%. Esto significa que en una muestra de 100 g de corteza terrestre hay, en promedio, 45.5 g del elemento oxígeno. b) Abundancia de los elementos en el cuerpo humano en porcentaje por masa. a) Abundancia natural de los elementos en porcentaje por masa. b) Abundancia de los elementos en el cuerpo humano en porcentaje por masa. CUESTIONES 1. ¿Qué átomos de los elementos se encuentran en tu cuerpo, cuales son indispensables? ¿Dónde los encontramos? 2. ¿Cuáles son los átomos más abundantes naturalmente y cuál es el más escaso? Está relacionado con su valor comercial? 3. ¿A qué se refiere el autor cuando dice…“la mayoría se presentan en combinaciones”? 4. Describe al menos 5 elementos y cuáles son sus funciones biológicas. Describe las consecuencias de no consumirlos. 5. Si el hierro, el cobalto y el zinc se encuentran en el mismo periodo de la tabla periódica, ¿por qué razón presenta propiedades diferentes y por qué cumplen funciones diferentes dentro de nuestro organismo? 6. ¿Cuáles son los principales elementos que constituyen a los organismos vivientes? 15 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿CON QUE SE TAPAN LAS MUELAS? Chamizo J. A. y Petrich TEMA: ELEMENTOS DE LA TABLA PERIODICA. ¿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 dentina (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 h. 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 quilates (el oro de 14 quilates 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. (Imagen 1) IMAGEN 1 A) AMALGAMA COMÚN B) RESINA CUETIONES 1. ¿Qué es una aleación, cita al menos 4 aleaciones de la cotidianidad? 2. ¿Podemos encontrar una aleación en la tabla periódica? Justifica tu respuesta 3. ¿Cuáles son las desventajas de usar mercurio en las amalgamas? 4. ¿Porque es necesario que el material de las amalgamas no sea reactivo? 5. ¿Cuál es la mejor forma de evitar el uso de estos materiales en las piezas dentales? 6. Haga un esquema de un diente y señale las partes del mismo, ¿por qué al calzar la muela se presentan sensaciones agudas de dolor? 16 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿NO QUE NO REACCIONAN? Garritz, A. y Chamizo J. TEMA: TABLA PERIODICA 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, PtF 6 , que este compuesto es un poderoso agente oxidante. Es capaz, por ejemplo, de quitarle un electrón a la molécula de O 2 para producir el compuesto iónico O 2 + (PtF 6 ) - . Bartlett se dio cuenta de que la energía de ionización del O 2 es muy alta, semejante a la de los gases nobles Xe y Rn; por eso, hizo reaccionar el PtF 6 con Xe y obtuvo los compuestos XeF 4 y XeF 2 . Por primera vez se obtenían moléculas con gases nobles. 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. IMAGEN 1. ALGUNOS GASES NOBLES SE UTILIZAN POR SU CAPACIDAD DE FLUORESCENCIA CUETIONES 1. ¿A qué se debe que los gases nobles sean considerados como gases inertes? 2. Electrónicamente los gases nobles son estables, ¿cómo explicas esto? 3. ¿En qué consiste el octeto? haz un esquema donde se represente la lay del octeto. 4. Haz un esquema con la estructura de Lewis donde muestres la formación del XeF 4 y XeF 2 5. A qué se refiere la frase “los compuestos de gases nobles no son un problema de capa cerrada, sino más bien de mente cerrada” 6. ¿Qué significa que un compuesto sea inestable? 7. ¿Cómo alcanzan los átomos de los elementos su estabilidad electrónica? ¿Existen excepciones? 8. Como explicas que en la naturaleza los átomos no se encuentran solos, normalmente están acompañados de ellos mismo o de átomos diferentes. 17 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO UNA FIESTA MUY ELEMENTAL Sin autor TEMA: ENLACE QUIMICO Todos los elementos invitados a la fiesta habían acudido, desde el más liviano el Hidrógeno, hasta uno de los más pesados el Uranio; elementos célebres como el único metal líquido el Mercurio, con sus compañeros del mismo estado como el Cesio, Francio, Galio y Bromo el elemento “probeta” o primer sintético el Tecnecio; algunos gases imperceptibles como el Hidrógeno, el Nitrógeno y el Oxígeno, y otros olorosos como el Flúor y el Cloro; el más denso el Osmio. Todos lucían muy elegantes, ya que era una buena ocasión para impresionar y así conseguir amistades o parejas. Los señores como el Flúor y el cloro eran los más activos porque al contar con 7 electrones en su última capa energética gozaban de mejores atributos físicos y químicos para llamar la atención y entrar a reaccionar; claro que también hay otros como el cesio, el francio, el rubidio, el potasio y el sodio que son muy activos y que se dejan conquistar con el primer acercamiento. Sin embargo, como en todas las reuniones ocurre que se forman grupos aislados, muy apáticos que no saludan, no le hablan a nadie, no prestan plata, no dan ni la hora; estos son los apodados gases nobles o inertes (grupo VIIIA de la tabla), que no se interesan por nadie, puesto que se ufanan de ser autosuficientes por tener todo lo necesario; es decir, se sienten estables energéticamente al tener 8 electrones en su última capa. Son los únicos que desde su nacimiento cumplen con la regla del octeto. Pero… a veces… Al transcurrir la fiesta se empiezan a notar elementos entusiasmados a reaccionar con otros para unirse o enlazarse, para así formar una familia que sería una molécula un agregado atómico. Las uniones se originan como resultado de las interacciones que pueden ser atracciones y repulsiones mutuas entre los electrones. El objetivo del “matrimonio” químico es similar al social; supuestamente se realiza para acompañarse y alcanzar una estructura más estable, o sea un estado de menor energía. En la búsqueda de la pareja juega un papel importante la apariencia física, entendida ésta como la parte que el átomo deja ver, es decir, la parte externa… el vestido; pues en muchos casos hay atracción y amor a primera vista; el vestido de los átomos son los electrones de valencia o electrones que están en la capa más externa y que van a participar directamente en el enlace. Aparte de la apariencia física también cuenta la “personalidad” del elemento, en este caso la electronegatividad o capacidad que posee un átomo para atraer los electrones del enlace. También se puede decir que mediante esta propiedad definimos un elemento como: buena, regular o mala “gente”. Porque si el valor de la electronegatividad es bajo, entonces decimos que el elemento es como una persona positiva que dona sus bienes o transfiere los electrones en un enlace, como por ejemplo, los elementos del grupo IA y IIA de la tabla (Alcalinos y Alcalinotérreos), Si la electronegatividad es alta se tiene un elemento negativo que roba o quita electrones del enlace, como los no metálicos. De esta forma tenemos que el elemento más negativo es el flúor con una electronegatividad de 4. Al aumentar el calor de la fiesta o su energía, ya se comienza a ver parejas de átomos, las cuales son detectadas por el grupito de gases nobles o inertes. Como éstos no tienen interés en integrarse a la reunión, asumen el papel de mirones, criticones y chismosos. La primera unión o enlace que se ve es la formación de la sal común, donde el cloro, individuo muy hábil, charlatán y negativo, con un bonito traje de 7 electrones, “conquista” al sodio que es un elemento que queda positivo al entrar en contacto con él ya que le pasa el único electrón de su capa externa para estabilizarse al completar 8 electrones en el último nivel. Dicha unión se clasifica como enlace iónico o electro Valente; en él existe transferencia de electrones desde un átomo con menor electronegatividad a uno de mayor electronegatividad; el átomo de cloro atrae fuertemente al sodio formando la sal y así se forman otras uniones del mismo tipo como: NaCl, KCl, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaCl 2 , etc. Como norma general se tiene que el “matrimonio” iónico ocurre cuando los dos átomos “prometidos” tienen una diferencia de electronegatividad mayor a 2.1 o incluso a 1.7. 18 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO Siguiendo los sucesos de la fiesta, se observa que en algunos metales sus átomos se unen entre ellos mismos, formando agregados, en los que cada átomo aporta sus electrones de la capa externa o de valencia formando así iones (+); dichos electrones actúan también como una nube electrónica que se desplaza por todo el metal para estabilizar el agregado. La nube electrónica permite explicar la alta conductividad eléctrica y calorífica de los metales. Al anterior tipo de unión se le denomina enlace metálico. Otras parejas que se formaron fueron las de los no metales entre ellos mismos o con otros, por ejemplo O 2 , N 2 , CO 2 , Cl 2 , H 2 O. Estos enlaces son parecidos a los matrimonios modernos, donde por la liberación femenina y la decadencia del machismo, se exige igualdad de condiciones; es por eso que los átomos unidos poseen una electronegatividad semejante, y por consiguiente los electrones del enlace van a ser compartidos mutuamente. Este tipo de unión es la covalente, que se puede asociar con una cooperativa donde todos los participantes son favorecidos. En un matrimonio ideal o perfecto hay comprensión y ayuda, ninguno se recarga o se aventaja; en esta situación habría un enlace covalente no polar. Allí las electronegatividades de los miembros de la pareja son semejantes, por ejemplo en dos elementos iguales como oxígeno con oxígeno. No obstante, en muchos noviazgos y matrimonios una persona tiende a dominar a la otra, aunque no totalmente; en este caso tendríamos una polarización del mando, por lo que el enlace se llamaría covalente polar. En este tipo de enlace un átomo es parcialmente positivo y otro parcialmente negativo, como por ejemplo el agua, los hidrácidos (HF, HBr, etc.) Un grupo de elementos se dedicó a tomar licor, acabando con todas las exigencias, por lo que decidieron unirse para conseguir dinero y comprar más trago. En el grupo de H 2 SO 4 , todos dieron su cuota, excepto dos átomos de oxígeno que se hicieron los locos y no colaboraron. Sólo estaban de zánganos que vieron la forma de aprovecharse de los demás, este es el caso del enlace covalente coordinado o dativo, donde uno o unos átomos comparten sus electrones pero hay otro(s) que no aportan, sólo están de cuerpo presente para beneficiarse y también para dar estabilidad a la molécula. La fiesta termina y salen felices con sus conquistas y enlaces, mientras que otros esperarán ansiosamente para tener otra oportunidad con mejor suerte para poder interactuar o reaccionar y así dejar la soledad. CUESTIONES 1. ¿Por qué se unen los átomos? 2. ¿De qué tres maneras diferentes pueden unirse los átomos? 3. ¿Por qué son importantes para la química los electrones externos del átomo? 4. ¿En qué consiste la regla del octeto, que ventajas trae? 5. ¿Por qué algunos elementos son poco reactivos? 6. ¿Por qué se estabilizan los átomos al combinarse químicamente formando compuestos? 7. ¿Por qué los gases nobles son la “envidia” de los demás elementos? 8. ¿Cómo serían los enlaces en una aleación, y entre átomos del mismo elemento y moléculas del mimo tipo. 9. ¿Cuál es el fin de la unión de átomo con ellos mimos o con otros átomos para formar agregados de átomos? 10. En función de la diferencia de electronegatividad, ¿cuándo se dice que el enlace es covalente polar, covalente puro o no polar y enlace iónico? 11. Haga un cuadro comparativo con todo lo relacionado en la definición de enlace iónico y enlace covalente. 19 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO CLORURO DE SODIO: UN COMPUESTO IÓNICO COMÚN E IMPORTANTE R. Chang, 2010. TEMA: NOMENCLATURA INORGANICA El cloruro de sodio es mejor conocido como sal de mesa. Se trata de un compuesto iónico típico, un sólido quebradizo con un punto de fusión alto (801°C) que conduce la electricidad en estado líquido y en disolución acuosa. La estructura del NaCl sólido se muestra en la figura 1. Una fuente de cloruro de sodio es la sal de roca, que se encuentra en depósitos subterráneos de cientos de metros de espesor. También se obtiene del agua marina o de la salmuera (una disolución concentrada de NaCl) mediante la evaporación solar. El cloruro de sodio también se presenta en la naturaleza en forma del mineral halita. El cloruro de sodio se utiliza con más frecuencia que cualquier otro material en la fabricación de productos químicos inorgánicos. El consumo mundial de esta sustancia es alrededor de 150 millones de toneladas al año. El principal uso del cloruro de sodio es en la producción de otros productos químicos inorgánicos esenciales como el cloro gaseoso, el hidróxido de sodio, el sodio metálico, el hidrógeno gaseoso y el carbonato de sodio. También se emplea para fundir el hielo y la nieve de las carreteras y autopistas. Sin embargo, debido a que el cloruro de sodio es dañino para la vida vegetal y facilita la corrosión de los automóviles, su uso para este fin causa considerables problemas ambientales. Figura 1. a) Estructura del NaCl sólido. b) En realidad, los cationes están en contacto con los aniones. Tanto en a) como en b) las esferas más pequeñas representan iones Na + y las esferas más grandes, iones Cl — . c) Cristales de NaCl. CUESTIONES 1. ¿Cuál es la diferencia entre compuestos inorgánicos y compuestos orgánicos? 2. ¿Cuáles son las cuatro principales categorías de los compuestos inorgánicos? 3. ¿Cuáles son las consecuencias de un consumo excesivo de del cloruro de sodio? 4. ¿A qué se deba que el cloruro de sodio en disolución conduzca bien la electricidad? 5. ¿En qué procesos según la gráfica, se utiliza más el cloruro de sodio? 6. ¿Por qué razón se utiliza el cloruro de sodio para derretir el hielo en las carreteras? ¿Qué posibles consecuencias trae este proceso? 7. Describe las reacciones necesarias para la obtención de cloro gaseoso a partir del cloruro de sodio. Nombra cada sustancia 8. Describe la formula y las posibles formas de nombrar todas las sustancias que se mencionan en la lectura. 20 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿CÓMO SE FORMAN LAS ESTALACTITAS Y LAS ESTALAGMITAS? Revista Muy Interesante TEMA: REACCIONES QUIMICAS La formación de las estalactitas obedece al ataque realizado por el dióxido de carbono que se encuentra disuelto en el agua de lluvia sobre la roca caliza, constituida ésta casi en su totalidad por carbonato cálcico. Como producto de esta reacción química aparece el bicarbonato cálcico, sustancia muy soluble en el agua. Cuando en el techo de una cueva afloran gotas de esta agua, se produce la reacción inversa: escapa el dióxido de carbono y precipita el carbonato cálcico, que comienza a formar concreciones alrededor del punto de caída de la gota hacia el suelo. El crecimiento de éstas es muy lento, estimándose que para crecer 2,5 cm se precisan entre 4.000 y 5.000 años. La estalactita más larga de la que se tiene noticia se encuentra en la cueva de Pollan Lonana, en Irlanda, y mide 6,20 m. Las estalagmitas, por su parte, se forman por la caliza disuelta en las gotas de agua que caen al suelo. La mayoría, por tanto, aparece debajo de las estalactitas, a las que acaban por unirse, dando lugar con el tiempo a una columna. CUESTIONES 1. Con tus palabras describe qué es una reacción química, cita al menos 5 ejemplos de la vida cotidiana. 2. ¿Cuál es la diferencia entre una reacción química y un cambio físico? cita ejemplos. 3. ¿Qué es una reacción inversa y una irreversible? Cita ejemplos. 4. Describe las reacciones que se aprecian en el proceso de formación de las columnas. 5. ¿Qué ventajas geológicas puede tener este proceso natural? 6. Con los datos de la lectura determina el qué tiempo tardo en formarse la estalactita de Pollan. 7. En tu hogar, has un listado de reacciones que se presenten y se caracterizan por tener consecuencias desagradables. 8. En tu hogar, has un listado de reacciones que se presenten y se caracterizan por tener consecuencias favorables. IMAGEN 1. FORMACIÓN DE ESTALACTITAS Y ESTALAGMITAS 21 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ALCOHOLÍMETRO Raymond Chang, 2010. TEMA: REACCIONES QUIMICAS Cada año en Estados unidos mueren cerca de 25.000 personas y 500.000 más resultan lesionadas por conductores en estado de ebriedad. A pesar de los esfuerzos por educar al público en cuanto a los peligros de conducir bajo el influjo de productos tóxicos y de las estrictas penalizaciones para los delitos por manejar en estas condiciones, las autoridades encargadas de mantener el orden público aún tienen que dedicar gran cantidad de esfuerzos para erradicar de los caminos estadounidenses a los conductores ebrios. El departamento de policía a menudo utiliza un dispositivo conocido como alcoholímetro para someter a prueba a los conductores sospechosos de estar bajo los influjos del alcohol. Este dispositivo se basa en una reacción redox. Una muestra del aliento del conductor entra al analizador, donde se trata con una disolución ácida de dicromato de potasio. El alcohol (etanol) en el aliento se convierte en ácido acético, como se muestra en la siguiente ecuación: 3CH 3 CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O Etanol dicromato de potasio ácido sulfúrico ácido acético sulfato de cromo (III) sulfato de potasio (Amarillo anaranjado) (Verde) En esta reacción el etanol se oxida para convertirse en ácido acético y el cromo (VI) en el ion dicromato, de color amarillo anaranjado, se reduce a ion de cromo (III), de color verde (figura 1). El nivel de alcohol en la sangre del conductor se puede determinar con facilidad al medir el grado de este cambio de color (que se lee en un medidor calibrado en el instrumento). El límite legal actual de contenido de alcohol en la sangre en la mayoría de los estados de ese país es de 0.1% en masa. Cualquier medida superior constituye intoxicación. Figura 1. Diagrama esquemático de un alcoholímetro. El alcohol en el aliento del conductor reacciona con la disolución de dicromato de potasio. El cambio en la absorción de la luz debido a la formación del sulfato de cromo (III) se registra por medio del detector y se muestra en un dispositivo, donde se lee directamente el contenido de alcohol en la sangre. El filtro selecciona sólo una longitud de onda de luz para la medición. CUESTIONES 1. ¿Qué es una reacción redox? 2. Establezca los números de oxidación de cada una de las sustancias implicadas en la reacción y determine: sustancia oxidada, sustancia reducida, agente oxidante, agente reductor. 3. Específicamente, ¿Cuál es la sustancia que permite obtener un viraje en la coloración y así detectar si una persona ha ingerido alcohol y cuál es el proceso que sufre dicha sustancia? Establezca la semi-reacción. 4. Si una cerveza está al 4%, hasta cuantas cervezas puede tomar un individuo para que el alcoholímetro no detecte que ha ingerido licor. Con cuantas cervezas marcaría un estado de intoxicación. 5. A que concentración en la sangre, se considera que una persona esta intoxicada por etanol. 6. Qué porcentaje marcaría el alcoholímetro si se sometiera a una prueba a una persona que ha bebido una botella completa de aguardiente. Vol = 350ml, G.A: 30º. 22 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO FERTILIZANTES QUÍMICOS Raymond Chang, 2010. TEMA: ESTEQUIOMETRIA Para alimentar a una población en rápido crecimiento es preciso que los agricultores logren cosechas cada vez más grandes y saludables. Cada año se agrega cientos de millones de toneladas de fertilizantes químicos al suelo para incrementar la calidad del cultivo y la producción. Además del dióxido de carbono y agua, las plantas necesitan al menos seis elementos para su crecimiento satisfactorio. Estos son N, P, K, Ca, S y Mg. La preparación y propiedades de varios fertilizantes con contenido de fosforo y nitrógeno ilustran algunos de los principios de la estequiometria. Los fertilizantes de nitrógeno contienen sales de nitratos (NO – 3 ), sales de amonio (NH +4 ) y otros compuestos. Las plantas pueden absorber directamente el nitrógeno en forma de nitrato, pero las sales de amonio y el amoniaco (NH 3 ) deben convertirse primero en nitratos mediante la acción de las bacterias presentes en el suelo. La principal materia prima de los fertilizantes de nitrógeno es el amoniaco, producto de la reacción entre el hidrogeno y el nitrógeno: H 2(g) + N 2(g) → NH 3 (g) El amoniaco en forma líquida se puede aplicar directamente en el suelo. Por otro lado, el amoniaco se puede convertir en nitrato de amonio, NH 4 NO 3 , sulfato de amonio (NH 4 ) 2 SO 4 , o hidrogeno fosfato de amonio (NH 4 ) 2 HPO 4 , de acuerdo con las siguientes reacciones acido-base: NH 3(ac) + HNO 3(ac) → NH 4 NO 3(ac) NH 3(ac) + H 2 SO 4(ac) → (NH 4 ) 2 SO 4(ac) NH 3(ac) + H 3 PO 4(ac) → (NH 4 ) 2 HPO 4(ac) Otro método para preparar sulfato de amonio consta de dos pasos: NH 3(ac) + CO 2(ac) + H 2 O(l) → (NH 4 ) 2 CO 3(ac) (1) (NH 4 ) 2 CO 3(ac) + CaSO 4(ac) → (NH 4 ) 2 SO 4(ac) + CaCO 3(s) (2) Este método es conveniente debido a que las materias primas, el dióxido de carbono y el sulfato de calcio son menos costosas que el ácido sulfúrico. Para incrementar el rendimiento, el amoniaco se convierte en el reactivo limitante en la reacción (1) y el carbonato de calcio en el reactivo limitante en la reacción (2). Existen varios factores que influyen en la elección de un fertilizante sobre otro: 1) el costo de las materias primas necesarias para preparar el fertilizante; 2) la facilidad de almacenamiento, transportación y uso; 3) la composición porcentual en masa del elemento deseado, y 4) la idoneidad del compuesto, es decir, si el compuesto es soluble en agua y si las plantas lo pueden aprovechar fácilmente. Si se toman en cuenta todos estos factores, se llega a la conclusión de que el NH 4 NO 3 es el fertilizante con nitrógeno más importante en el mundo, aunque el amoniaco tenga el porcentaje de nitrógeno en masa más alto. Las reacciones que se han analizado para la preparación de fertilizantes parecen relativamente simples; sin embargo, se han hecho grandes esfuerzos para mejorar los rendimientos mediante el cambio en las condiciones como temperatura y presión, entre otras. Los químicos industriales por lo general llevan a cabo reacciones prometedoras primero en los laboratorios y después las prueban en instalaciones piloto antes de producirlas de manera masiva. CUESTIONES 1. De los elementos que son indispensables para las plantas, cuales son también indispensables en los humanos, y cuáles funciones cumplen tanto en plantas como los humanos. Propón un cuadro comparativo. 2. ¿Crees conveniente la fabricación y utilización de fertilizantes? ¿Qué alternativas propones? 3. ¿Qué es una reacción compuesta (consecutivas o sucesiva)?. Cite dos ejemplos. 4. Balancea cada una de las ecuaciones que se describen en el proceso. 5. ¿Cuál es el objetivo y la conveniencia de buscar métodos y sustancias alternas para la obtención de un mismo producto? 6. En la reacción 1 que ventajas tiene para el proceso que el amoniaco como reactivo limitante? 7. De los compuestos químicos mencionados ¿cuál le aporta más nitrógeno como fertilizante? ¿Qué criterios debe manejar un agrónomo para la elección del fertilizante? 8. ¿Repercute estos fertilizantes sobre la ecología de la tierra y la salud en los humanos? Consulta de una fuente confiable. 23 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO HERVIR UN HUEVO EN LA CIMA DE UNA MONTAÑA Raymond Chang, 2010. TEMA: PROPIEDADES DE LOS GASES Suponga que acaba de escalar el Pico de Pike en Colorado. Para recuperar su fortaleza después de un extenuante trabajo, decide hervir un huevo y comerlo. Para su sorpresa, el agua parece hervir con más rapidez que de costumbre, pero después de 10 minutos en el agua hirviendo, el huevo aún no se cuece. Un poco de conocimiento de los equilibrios de fases le hubiera evitado la desilusión de romper el huevo y ver un huevo crudo (en especial si era el único huevo que traía consigo). La cumbre del pico Peak se encuentra a 14000 pies (4275 m) sobre el nivel del mar. A esta altitud, la presión atmosférica es de aproximadamente 0.6 atm. En la figura 1 podemos observar que el punto de ebullición del agua desciende con la presión, por lo que a una presión más baja el agua hervirá de manera aproximada a 86°C. Sin embargo, no es la ebullición sino la cantidad de calor que se suministra al huevo lo que realiza la verdadera cocción, y la cantidad de calor suministrado es proporcional a la temperatura del agua. Por esta razón, tomara considerablemente más tiempo, quizá unos 30 minutos, para que el huevo este completamente cocido. Figura 1. En este diagrama de fases puede apreciarse que a medida que se incrementa la presión del hielo desciende su punto de fusión y que al incrementar la presión del agua líquida se eleva su punto de ebullición. CUESTIONES 1. ¿Por qué disminuye la presión con la altura? Represéntalo mediante un dibujo 2. ¿A qué se debe que el huevo no esté totalmente cocido? 3. En que afecta la presión a los gases y la solubilidad de los mismos en líquidos 4. ¿Cómo explica la frase “…no es la ebullición sino la cantidad de calor que se suministra al huevo lo que realiza la verdadera cocción…” 5. ¿Se puede hacer “hervir” el agua sin suministrarle calor? Explique. 6. ¿Por qué en la altura se hace mes dificultoso la respiración? 7. ¿Cuáles las unidades en las que se puede medir la presión?. Cite ejemplos. 8. Averigua la altura y la presión promedio de al menos 10 ciudades de Colombia y propón una gráfica que muestre la relación entre la altura y la presión. OLLAS DE PRESIÓN El efecto de la presión sobre el punto de ebullición también explica por qué las ollas de presión ahorran tiempo en la cocina. Una olla de presión consiste en un contenedor sellado que permite que el vapor escape solo cuando excede cierta presión. La presión que se ejerce sobre el agua en la olla es la suma de la presión atmosférica y la presión del vapor. En consecuencia, el agua en la olla de presión hervirá a una temperatura mayor que 100°C y los alimentos dentro de ella estarán más calientes y se cocinaran con mayor rapidez. CUESTIONES 1. ¿Por qué las ollas de presión ahorran tiempo en la cocina? 2. ¿Qué es presión de vapor? Cite ejemplos. 3. ¿Qué pasaría si no se permitiera el escape de la presión cuando esta excede el límite? 4. ¿Por qué dentro de la olla presión se cocinan mejor los alimentos, como logra la olla presión alcanzar temperaturas mayores a los 100°C? 5. Que leyes de los gases aplican en un sistema como la olla presión. Explique cada una. 24 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO EL BUCEO Y LAS LEYES DE LOS GASES Raymond Chang, 2010. TEMA: LEYES DE LOS GASES El buceo es un deporte emocionante, y gracias en parte a las leyes de los gases, también es una actividad segura para individuos entrenados que gozan de buena salud. (“Scuba” es el acronimo en ingles del termino self- contained underwater breathing apparatus, que significa equipo independiente de respiración submarina.) El desarrollo de los lineamientos para un regreso seguro a la superficie después de una inmersión y la determinación de la mezcla apropiada de gases para evitar un estado potencialmente fatal durante el buceo, son dos aplicaciones de las leyes de los gases a este popular pasatiempo. Una inmersión normal puede variar de 40 a 65 pies, pero las inmersiones a 90 pies no son poco comunes. Debido a que la densidad del agua de mar es ligeramente más alta que la del agua dulce (aproximadamente 1.03 g/mL, en comparación con 1.00 g/mL) la presión ejercida por una columna de 33 pies de agua marina es equivalente a una presión de 1 atm. A medida que aumenta la profundidad, también lo hace la presión, así que a una profundidad de 66 pies la presión del agua será de 2 atm, y así sucesivamente. Qué sucede si un buzo asciende a la superficie desde una profundidad de unos 20 pies con demasiada rapidez sin respirar? La disminución total de la presión para este cambio de la profundidad seria de (20 pies/33 pies) × 1 atm o 0.6 atm. Para el momento en que el buzo llegara a la superficie, el volumen de aire atrapado en los pulmones se habría incrementado por un factor de (1 + 0.6) atm/1 atm, o 1.6 veces. Esta repentina expansión de aire podría romper fatalmente las membranas de los pulmones. Otra grave posibilidad de riesgo seria que se presentara una embolia por aire. Mientras el aire se va expandiendo en los pulmones, es obligado a entrar en pequeños vasos sanguíneos llamados capilares. La presencia de burbujas de aire en estos vasos bloquea el flujo sanguíneo normal hacia el cerebro. Como resultado, el buzo podría perder la conciencia antes de llegar a la superficie. La única terapia para la embolia por aire es la re compresión. En este doloroso proceso se coloca a la víctima en una cámara llena de aire comprimido. Aquí, se presionan lentamente las burbujas en la sangre durante el curso de varias horas al día hasta que alcanzan un tamaño inocuo. Para evitar estas desagradables complicaciones, los buzos saben que deben ascender lentamente, realizando pausas en ciertos puntos para dar a sus cuerpos la oportunidad de ajustarse a la disminución de la presión. El siguiente ejemplo es una aplicación hacia la derecha de la ley de Dalton. El oxígeno gaseoso es esencial para la supervivencia, así que es difícil creer que un exceso de oxigeno podría ser dañino. No obstante, se ha comprobado la toxicidad del exceso de oxígeno. Por ejemplo, los bebes recién nacidos colocados en cámaras de oxigeno muchas veces presentan danos en el tejido retiniano, lo que puede causar ceguera parcial o total. La presencia del aire en el interior de las cavidades del cuerpo (por ejemplo, pulmones y senos nasales) debe ser la misma que la presión del agua circundante; de otra manera se colapsarían. Una válvula especial ajusta de manera automática la presión del aire almacenado en un tanque de buceo para asegurar que en todo momento la presión del aire sea igual a la presión del agua. CUESTIONES 1. ¿Qué leyes de los gases aplican en la lectura? 2. ¿Cuál es la relación entre la presión y el volumen y por qué razón el buzo debe ascender lentamente? 3. ¿Qué pasaría si un buzo hiciera una inmersión a profundidades exageradas? 4. ¿Cómo deber ser la relación entre la presión interna de la máscara del buzo y la presión ejercida por el agua de mar? 5. ¿Por qué en las cámaras oxigeno pueden resultar contraproducentes en los seres humanos? Explícalo mediante la ley de Dalton. 6. ¿Crees que el en los tanques de los buzos solo estén llenos de oxigeno? Que otro gas suelen colocar en los tanque de oxígeno y por qué? Cuáles son las posibles consecuencias que un exceso de este gas en la sangre? 25 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿MEZCLAR LA BEBIDA EMBORRACHA MÁS? Revista Muy Interesante TEMA: DISOLUCIONES Se trata de un mito, según los expertos. La tasa de etanol en sangre depende exclusivamente de la cantidad ingerida de este alcohol. En las fiestas y bares de copas, la gente empieza consumiendo un tipo de bebida alcohólica y decide experimentar con otras, posiblemente de mayor graduación, cuando se enchispa. Al día siguiente, la persona asocia su resaca con la mezcla de bebidas, en vez de achacarla al exceso de alcohol. También influyen factores psicológicos: hay experimentos en los que personas que creen haber ingerido bebidas alcohólicas, cuando en realidad se les ha servido copas sin alcohol, muestran signos de la embriaguez. CUESTIONES 1. Cuál es real factor que influye en los efectos secundarios de la ingesta del alcohol en sus diferentes presentaciones? 2. Suponga que tiene diferentes bebidas alcohólicas (vodka, cerveza, vino, ron, aguardiente y whisky) suponga que se ingiere iguales cantidades de las bebidas mencionadas, con cuál de ellas se percibirán primero los efectos del alcohol y porque, que otros factores pueden incidir? 3. Qué pasa si se mezcla ron con whisky, averigua la nueva concentración a partir de la concentración de cada bebida. 4. Qué pasa con la concentración del whisky cuando se agrega hielo para enfriarlo, es conveniente el proceso? 5. Tiene el mismo efecto un trago de whisky de copa o un trago de whisky de la botella, dónde hay mayor concentración, dónde hay mayor concentración de alcohol? 6. Se tienen dos cremas de un antimicótico, una de 100g al 1% y 0tra de 30g al 1%, cuál de las dos cremas tendrá mayor efecto sobre la lesión? Cuál de las dos tienen mayor concentración del antimicótico, cuál de las dos tiene mayor cantidad del componente en cuestión? DE AGUA DULCE O DE AGUA SALADA Irene Ormachea y Esther Perujo TEMA: PROPIEDADES COLIGATIVAS Muchas veces te habrás preguntado por qué un pez de agua dulce no puede vivir en el mar o cómo sube la savia por las plantas o cómo actúa un anticongelante agregado dentro del radiador de un automóvil en los días fríos de invierno. La respuesta la tienes al comprender algo descubierto por raulí y se las engloba dentro de las propiedades colorativas la ósmosis es una de estas propiedades y ella juega un papel muy importante en los seres vivos. generalmente en todos los procesos donde hay pasaje de sustancias, como por ejemplo agua , nutrientes , desechos de metabolismos a través de las membranas celulares , ésta juega un papel primordial .este fenómeno explica la distribución de la savia en las plantas y la transformación de sangre en orina al pasar ésta por los riñones y el regado de sal a sobre el asfalto en días de mucho frio donde este se puede congelar produciendo accidentes indeseables seguramente has escuchado el término ósmosis inversa ,la cual se está desarrollando actualmente en el mundo entero . Con éste método se obtiene agua potable a partir de agua salada, partiendo de agua pura y agua salada en recipientes separados por una membrana semipermeable (ya que por ella sólo pasará el solvente), para luego aplicársele una presión mayor que la osmótica a la segunda solución lo que hace que se dirija agua desde ésta hacia la primera. Con ésta metodología los buques obtienen agua potable como por ejemplo también una cervecería purifica el agua que usa para su producción. CUESTIONES 1. Menciona las 4 propiedades colorativas. 2. ¿De qué dependen las propiedades colorativas? 3. El descenso relativo de la presión de vapor de una solución varía de acuerdo con: a) la solubilidad del soluto? b) La cantidad del soluto? c) X del soluto? 4. ¿Qué le sucederá a un pez de mar, con alta concentración de sales, si lo coloca en agua dulce y con uno de río que lo liberas en el mar? 5. ¿Por qué se tirará sal sobre el asfalto cuando éste está congelado? 6. ¿Qué sucederá con los glóbulos rojos si por error se coloca una parenteral con mayor concentración de soluto (hipertónica)? y si la solución es hipotónica (diluida)? 26 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO LA VIDA A GRANDES ALTURAS Y LA PRODUCCIÓN DE HEMOGLOBINA R. Chang, 2010. TEMA: EQUILIBRIO QUIMICO En el cuerpo humano es necesario mantener innumerables equilibrios químicos para asegurar su bienestar fisiológico. Si las condiciones ambientales cambian, el cuerpo se debe adaptar para mantener un funcionamiento adecuado. Las consecuencias de un cambio repentino de altitud ejemplifican este hecho. Volar desde San Francisco, que está a nivel del mar, a la ciudad de México, donde la elevación es de 2.3 km (1.4 millas), o escalar una montaña de 3 km en dos días puede provocar dolor de cabeza, náuseas, fatiga extrema y otras molestias. Todos estos efectos son síntomas de hipoxia, es decir, una deficiencia en la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos corporales. En casos graves, la víctima puede caer en estado de coma e incluso morir si no se le trata en forma adecuada. Sin embargo, una persona que vive a gran altura durante semanas o meses se recupera en forma gradual de la enfermedad de las alturas y se adapta al bajo contenido de oxígeno en la atmósfera, de tal manera que puede funcionar normalmente. La combinación de oxígeno con la molécula de hemoglobina (Hb), que transporta el oxígeno a través de la sangre, es una reacción compleja, pero para los fines de este ensayo se puede representar mediante una ecuación simplificada: Hb (ac) + O 2 (ac) HbO 2(ac) donde HbO 2 es la oxihemoglobina, el complejo de hemoglobina y oxígeno que es el que en realidad lleva el oxígeno a los tejidos. La constante de equilibrio es A una altitud de 3 km, la presión parcial del oxígeno es de sólo 0.14 atm, comparada con 0.2 atm a nivel del mar. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, una disminución en la concentración de oxígeno desplazará el equilibrio de la ecuación anterior hacia la izquierda. Este cambio reduce el aporte de oxihemoglobina a los tejidos y provoca hipoxia. Si se le da el tiempo suficiente, el organismo supera este problema formando más moléculas de hemoglobina y el equilibrio volverá a desplazarse gradualmente en favor de la formación de oxihemoglobina. El aumento en la producción de hemoglobina que satisfaga las necesidades fundamentales del organismo tarda de dos a tres semanas, y es probable que se requieran varios años para regresar a la capacidad plena. Se ha demostrado que los residentes de las zonas a gran altura tienen niveles altos de hemoglobina en la sangre; ¡a veces hasta 50% más que las personas que viven al nivel del mar! CUESTIONES 1. ¿Qué ventaja tiene para los organismos vivos mantener el equilibrio o adaptarse para mantener el equilibrio? 2. ¿Qué es la homeóstasis? ¿Cuál es la importancia? 3. ¿Cuáles son los factores que afectan el equilibrio en el proceso descrito en la lectura? 4. ¿Por qué razón en la altura, se reduce la concentración de oxígeno, juega algún papel la presión? 5. ¿En qué consiste el principio de Le Châtelier? 6. ¿Cómo explicas le mantenimiento del equilibrio de la concentración de O 2 en la sangre? 7. ¿Por qué las personas que viven en las alturas presentan una coloración característica en sus mejillas? 27 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO ¿CUÁNTO VIVEN LOS ESPERMATOZOIDES DESPUÉS DE LA EYACULACIÓN? TEMA: pH Muy Interesante La supervivencia de los espermatozoides viene definida por una serie de parámetros, pero destacan dos: la temperatura, que debe estar comprendida entre los 37 ºC y los 37,5 ºC; y el grado de acidez del ambiente (pH de 7-7,5). En este sentido, la vagina es un medio hostil para las células reproductoras masculinas, sobre todo fuera del periodo ovulatorio. Durante este tiempo, los espermatozoides mueren literalmente achicharrados en pocos minutos, ya que el pH vaginal está por debajo de 6. En los días de la ovulación, éste sube 1 o 1,5 puntos, lo que permite que aguanten de 2 a 16 horas. Si son eyaculados en el exterior, a una temperatura de 15 ºC, permanecen vitales 1 o 2 días, y mucho menos si hace más calor. CUESTIONES 1. ¿Qué significa que la vagina es un medio hostil para las células reproductoras masculinas? 2. ¿Cuál es el ambiente en que normalmente tienen mejor condiciones las células? 3. ¿Cuál es la escala de pH, hasta qué punto son acidas, neutras y básicas? 4. ¿Qué ventajas trae la ovulación para el espermatozoide? ¿ES VERDAD QUE LAS BEBIDAS DE COLA ELIMINAN EL ÓXIDO? Muy Interesante La capa de óxido que se forma en el latón y otras aleaciones está causada por la reacción del oxígeno con alguno de los metales constituyentes. Las bebidas de cola contienen sustancias ácidas, como el ácido fosfórico, que al entrar en contacto con el metal reaccionan con el oxígeno. De este modo, el ácido ayuda a eliminar los átomos de este gas y, por tanto, a eliminar la corrosión. Una precisión: los ácidos de las bebidas de cola no dañan el estómago, ya que éste segrega otros mucho más potentes, pero sí perjudican los dientes. CUESTIONES 1. ¿Cuáles son los refrescos de cola en el mercado, cuáles son sus posibles efectos en la salud humana? 2. Es posible aflojar un tornillo que se encuentra “pegado” por el óxido mediante la coca-cola. 3. Representa la reacción que se describe en la lectura. EL VENDAJE INTELIGENTE Muy Interesante Científicos del Instituto de Investigación Fraunhofer, en Alemania, han desarrollado un innovador vendaje que incorpora un pigmento que cambia de color amarillo a púrpura cuando existe una infección, indicando que ha llegado el momento de cambiar los apósitos. Hemos creado un pigmento que reacciona a diferentes valores de pH -un coeficiente que indica el grado de acidez o basicidad y lo hemos integrado en una venda, explica Sabine Krupp, artífice del invento. Según Krupp, la piel sana y las heridas cicatrizadas normalmente tienen un valor de pH por debajo de 5. Si aumenta, pasando de ácido a alcalino, indica que hay complicaciones. Y si se sitúa entre 6.5 y 8.5, existe una infección, puntualiza. Gracias a este material inteligente será posible realizar las curas en el momento adecuado, sin retirar la venda ni demasiado pronto ni demasiado tarde, favoreciendo de este modo el proceso de cicatrización. CUESTIONES 1. ¿Qué es un indicador de pH, consulte cuales existen y cuáles son los virajes? 2. ¿Qué pigmento sería el más adecuado para utilizar en este vendaje? 3. ¿Cuale es el pH normal de la piel, cuándo existen complicaciones, cuáles pueden ser esas posibles complicaciones? 4. ¿Qué ventajas trae el uso de esta tecnología? 28 COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS PROFESOR: CARLOS ANDRES PAREDES PERDOMO BIBLIOGRAFÍA CHANG R., Química, Editorial Mc Graw Hill. 10 Ed. Edición En Español. México, 2010. CASTILLO M., CRUZ J., Compendio de Lecturas Científicas, Curso de Química, Bachillerato Universitario, 2007. GARCIA L., et al., Química I, Educar Editores, Bogotá, Colombia, 2009. MONDRAGÓN H., et al., Hipertexto Química I, Editorial Santillana S.A., Bogotá, Colombia, 2010. ORMACHEA., PERUJO E., Taller De Química, U. Patagonia San Juan Bosco Fac. De Humanidades Y C. Sociales, 2006. PAREDES C., Manual Prácticas De Laboratorio QUIMICA I, curso de química para el Bachillerato, 2014. PETRUCCI, R., et al., 2008. Química General. Prentice Hall, 8a Edición. Madrid, 1999. SIERRA L., Biología Celular, Guías de Laboratorio, Universidad Surcolombiana, Neiva (H), 2014. THEODORE L. et al., Química La Ciencia Central, Pearson, 9a edición, México, S.A. de C.V. 2003. SITIOS WEB VISITADOS http://www.muyinteresante.es http://dgsa.uaeh.edu.mx:8080/bibliotecadigital/bitstream/231104/1857/1/240- Compendio%20de%20Lecturas%20Cientif%C3%ADcas%20Qu%C3%ADmica%201.pdf Consultado el: 7-04-14 https://www.facebook.com/quimicacreativacr?fref=ts (IMÁGENES DE LA PORTADA) http://www.sabercurioso.es/2009/01/28/gases-nobles/ http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad1/biomoleculas/caracteristicas http://www.taringa.net/posts/salud-bienestar/10553590/Amalgama-calza-negra-vs-Resina-compuesta-calza-blanca.html http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Estalactitas.png