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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL
ESTADO DE HIDALGO
COMPENDIO DE
LECTURAS CIENTIFICAS
Adicionales al curso
QUÍMICA 1
Para el bachillerato universitario
ELABORO:
QUIM. MARÍA GUADALUPE CASTILLO ARTEAGA
Q.F.B. JUAN DE LA CRUZ NÚÑEZ CALDERÓN
Pachuca de Soto, Hgo. Junio 2007
1
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.”
2
ÍNDICE
PAG.
JUSTIFICACIÓN 1
ÍNDICE 2
CAPÍTULO 1. QUÍMICA 6
El padre de la química: Antonio Lavoisier: su trabajo 7
¿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 44
3
Más partículas y ¿cuarks? 45
Átomos 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
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 91
4
Grafito, diamante, carbono VI y futboleno 92
Sangre 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
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 143
5
Polvo 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
BIBLIOGRAFÍA 163
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
6
CAPÍTULO 1
QUÍMICA
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
7
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
8
• 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
9
¿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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
10
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
11
SIDA. LA EPIDEMIA DEL SIGLO XX
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 545.
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
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
12
¿PUEDE EL ALUMINIO SER NOCIVO PARA LA
SALUD?
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
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:
• 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
13
PLASMA…
¿UN CUARTO ESTADO DE LA MATERIA?
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
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,
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
14
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 potencia magnetohidrodinámica.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
15
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
(lo que hoy llamamos estados) de materia, basados en sus observaciones del
agua.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
16
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,
condensados fermiónicos, superfluídos, supersólidos y el correctamente
denominado "extraña materia".
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
17
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
18
MATERIALES ANTES DE LA CONQUISTA
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 60.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
19
LAS TIERRAS RARAS. NO SON TAN RARAS SUS
APLICACIONES
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
20
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
21
NYLON
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 516.
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)
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
22
POLIETILENO Y DERIVADOS
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 512.
Tema: Materia (compuestos)
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
23
CRISTALES LÍQUIDOS
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 226
Tema: Materia (compuestos)
“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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
24
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
25
ANESTÉSICOS Y ÉTERES
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 112
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,
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
26
mezclado 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
27
LATAS DE AEROSOLES
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 107
Tema: Soluciones, dispersiones y coloides
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
28
EL RIÑÓN ARTIFICIAL
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 114
Tema: Soluciones, dispersiones y coloides
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
29
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).
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
30
UN REPARTO “DISPAREJO” DE LA ENERGÍA
MUNDIAL.
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 576
Tema: Energía
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
31
COSTO ENERGÉTICO DE LAS ACTIVIDADES
HUMANAS
Garritz, A. y Chamizo J.A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 599
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
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:
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
32
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
33
LA HIDRAZINA, EL COMBUSTIBLE DEL ESPACIO
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 716
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
34
BIOMASA
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
35
HIDRÓGENO: COMBUSTIBLE LIMPIO Y FUENTE
SECUNDARIA DE ENERGÍA:
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 608
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
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
36
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
165 kJ se obtienen 4 moles de H, que a su vez, pueden liberar 4 X 286 = 1144 kJ
en su combustión.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
37
CAPÍTULO 2
EL ÁTOMO
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
38
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
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
39
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
40
LOS ACIERTOS Y LOS ERRORES DE DALTON
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 229
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
41
DESCUBRIMIENTO DE LOS ELECTRONES
Hill John W. Y Kolb Doris K.
Química para el nuevo milenio.
Prentice Hall, Pearson, México 1988.
p. 49
Tema: 1.1 Concepto y evolución del átomo.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
42
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 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
43
DESCUBRIMIENTO DEL NÚCLEO ATÓMICO Y
PROTONES
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 335
Tema: Estructura atómica.
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”
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
44
TRABAJO Y APORTACIONES DE BOHR
Hill JohnW. Y Kolb DorisK.
Química para el nuevo milenio.
Prentice Hall, Pearson, México 1988.
p. 59
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.
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
45
MÁS PARTÍCULAS Y ¿CUARKS?
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 351
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
46
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
47
ÁTOMOS QUE PUEDEN VERSE. REALES E
IMPORTANTES
Hill John W. Y Kolb Doris K.
Química para el nuevo milenio.
Prentice Hall, Pearson, México 1988.
p. 41
Tema: 1.1 Concepto y evolución del átomo.
¿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, 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
48
LA TEORÍA ACTUAL DE LA ESTRUCTURA
ELECTRÓNICA
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 417.
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 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
49
* 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
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!
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
50
EL RAYO LÁSER. LA ESPLÉDIDA LUZ
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 380
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
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
51
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
52
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
53
aguja 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
54
SUPERCONDUCTORES
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 381
Tema: Estructura atómica
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.
La revolución científica ocurrió en febrero de 1987, cuando se consiguió que
un material cerámico súper condujera a 98 kelvin (-175 grados centígrados).
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
55
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 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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
56
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
57
FISIÓN NUCLEAR
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 354
Tema: Estructura atómica
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:
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
58
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
59
FUSIÓN NUCLEAR
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 358
Tema: Estructura atómica
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
60
CAPÍTULO 3
ELEMENTOS QUÍMICOS Y TABLA
PERIÓDICA
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
61
METALES Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
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
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
62
(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
(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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
63
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.
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
64
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
65
HIERRO ESPONJA
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 61
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
66
EL CUCHILLO EQUIVOCADO
Chang, Raymond
Química
McGraw Hill, 6a. Edición
México 1999.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
67
“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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
68
METAL A PARTIR DEL MAR
Chang, Raymond
Química
McGraw Hill, 6a. Edición
México 1999.
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):
Mg(OH)2(s) + 2HCl(ac) →MgCl2(ac) + 2H2O (l)
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
69
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
70
¿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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
71
¿EL TERCER ELEMENTO LÍQUIDO?
Chang, Raymond
Química
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
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
72
en esta tendencia, se puede predecir que la disminución del cesio al francio sería
23 º C, lo que lo convertiría en un líquido en condiciones atmosféricas.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
73
HIDRÓGENO METÁLICO
Chang, Raymond
Química
McGraw Hill, 6a. Edición
México 1999.
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
de manera continua el hidrógeno del núcleo en un fluido de hidrógeno metálico. En
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
74
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
75
HIDRÓGENO. UN NO METAL DEL GRUPO 1
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 162.
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.
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
76
CARBONO. UN NO METAL DEL GRUPO 14
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 163.
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.
En México, los principales depósitos carboníferos se localizan en Coahuila,
Oaxaca y Sonora.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
77
FÓSFORO. UN NO METAL DEL GRUPO 15.
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 163
Tema: Periodos y grupos
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.
COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I
78
AZUFRE. UN NO METAL DEL GRUPO 16
Garritz, A. y Chamizo J. A.
Química
Addison Wesley Iberoamericana
p. 164
Tema: Periodos y grupos
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.
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240 compendio de lecturas cientifícas química 1

  • 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO COMPENDIO DE LECTURAS CIENTIFICAS Adicionales al curso QUÍMICA 1 Para el bachillerato universitario ELABORO: QUIM. MARÍA GUADALUPE CASTILLO ARTEAGA Q.F.B. JUAN DE LA CRUZ NÚÑEZ CALDERÓN Pachuca de Soto, Hgo. Junio 2007
  • 2. 1 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.”
  • 3. 2 ÍNDICE PAG. JUSTIFICACIÓN 1 ÍNDICE 2 CAPÍTULO 1. QUÍMICA 6 El padre de la química: Antonio Lavoisier: su trabajo 7 ¿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 44
  • 4. 3 Más partículas y ¿cuarks? 45 Átomos 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 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 91
  • 5. 4 Grafito, diamante, carbono VI y futboleno 92 Sangre 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 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 143
  • 6. 5 Polvo 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 BIBLIOGRAFÍA 163
  • 7. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 6 CAPÍTULO 1 QUÍMICA
  • 8. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 7 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. 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.
  • 9. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 8 • 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.
  • 10. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 9 ¿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.
  • 11. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 10
  • 12. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 11 SIDA. LA EPIDEMIA DEL SIGLO XX Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 545. 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 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
  • 13. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 12 ¿PUEDE EL ALUMINIO SER NOCIVO PARA LA SALUD? Garritz, A. y Chamizo J. A. Química 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: • 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.
  • 14. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 13 PLASMA… ¿UN CUARTO ESTADO DE LA MATERIA? Garritz, A. y Chamizo J. A. Química 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, 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
  • 15. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 14 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 potencia magnetohidrodinámica.
  • 16. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 15 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 (lo que hoy llamamos estados) de materia, basados en sus observaciones del agua.
  • 17. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 16 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, condensados fermiónicos, superfluídos, supersólidos y el correctamente denominado "extraña materia".
  • 18. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 17 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
  • 19. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 18 MATERIALES ANTES DE LA CONQUISTA Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 60. 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.
  • 20. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 19 LAS TIERRAS RARAS. NO SON TAN RARAS SUS APLICACIONES Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana 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.
  • 21. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 20 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. 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.
  • 22. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 21 NYLON Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 516. 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) 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.
  • 23. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 22 POLIETILENO Y DERIVADOS Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 512. Tema: Materia (compuestos) 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. 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.
  • 24. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 23 CRISTALES LÍQUIDOS Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 226 Tema: Materia (compuestos) “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. 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.
  • 25. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 24 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.
  • 26. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 25 ANESTÉSICOS Y ÉTERES Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 112 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,
  • 27. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 26 mezclado 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.
  • 28. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 27 LATAS DE AEROSOLES Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 107 Tema: Soluciones, dispersiones y coloides 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.
  • 29. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 28 EL RIÑÓN ARTIFICIAL Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 114 Tema: Soluciones, dispersiones y coloides 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.
  • 30. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 29 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). 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.
  • 31. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 30 UN REPARTO “DISPAREJO” DE LA ENERGÍA MUNDIAL. Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 576 Tema: Energía 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.
  • 32. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 31 COSTO ENERGÉTICO DE LAS ACTIVIDADES HUMANAS Garritz, A. y Chamizo J.A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 599 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 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:
  • 33. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 32 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.
  • 34. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 33 LA HIDRAZINA, EL COMBUSTIBLE DEL ESPACIO Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 716 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.
  • 35. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 34 BIOMASA Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana 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.
  • 36. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 35 HIDRÓGENO: COMBUSTIBLE LIMPIO Y FUENTE SECUNDARIA DE ENERGÍA: Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 608 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 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.
  • 37. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 36 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 165 kJ se obtienen 4 moles de H, que a su vez, pueden liberar 4 X 286 = 1144 kJ en su combustión.
  • 38. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 37 CAPÍTULO 2 EL ÁTOMO
  • 39. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 38 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 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
  • 40. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 39 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.
  • 41. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 40 LOS ACIERTOS Y LOS ERRORES DE DALTON Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 229 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.
  • 42. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 41 DESCUBRIMIENTO DE LOS ELECTRONES Hill John W. Y Kolb Doris K. Química para el nuevo milenio. Prentice Hall, Pearson, México 1988. p. 49 Tema: 1.1 Concepto y evolución del átomo. 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.
  • 43. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 42 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 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.
  • 44. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 43 DESCUBRIMIENTO DEL NÚCLEO ATÓMICO Y PROTONES Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 335 Tema: Estructura atómica. 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”
  • 45. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 44 TRABAJO Y APORTACIONES DE BOHR Hill JohnW. Y Kolb DorisK. Química para el nuevo milenio. Prentice Hall, Pearson, México 1988. p. 59 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. 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
  • 46. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 45 MÁS PARTÍCULAS Y ¿CUARKS? Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 351 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. 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.
  • 47. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 46 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. 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.
  • 48. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 47 ÁTOMOS QUE PUEDEN VERSE. REALES E IMPORTANTES Hill John W. Y Kolb Doris K. Química para el nuevo milenio. Prentice Hall, Pearson, México 1988. p. 41 Tema: 1.1 Concepto y evolución del átomo. ¿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, 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.
  • 49. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 48 LA TEORÍA ACTUAL DE LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 417. 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 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.
  • 50. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 49 * 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 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!
  • 51. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 50 EL RAYO LÁSER. LA ESPLÉDIDA LUZ Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 380 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 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.
  • 52. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 51 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.
  • 53. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 52 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
  • 54. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 53 aguja 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.
  • 55. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 54 SUPERCONDUCTORES Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 381 Tema: Estructura atómica 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. La revolución científica ocurrió en febrero de 1987, cuando se consiguió que un material cerámico súper condujera a 98 kelvin (-175 grados centígrados).
  • 56. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 55 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 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.
  • 57. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 56 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.
  • 58. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 57 FISIÓN NUCLEAR Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 354 Tema: Estructura atómica 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:
  • 59. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 58 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.
  • 60. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 59 FUSIÓN NUCLEAR Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 358 Tema: Estructura atómica 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.
  • 61. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 60 CAPÍTULO 3 ELEMENTOS QUÍMICOS Y TABLA PERIÓDICA
  • 62. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 61 METALES Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Garritz, A. y Chamizo J. A. Química 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 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
  • 63. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 62 (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 (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.
  • 64. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 63 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. 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
  • 65. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 64 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.
  • 66. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 65 HIERRO ESPONJA Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 61 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.
  • 67. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 66 EL CUCHILLO EQUIVOCADO Chang, Raymond Química McGraw Hill, 6a. Edición México 1999. 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.
  • 68. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 67 “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. 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.
  • 69. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 68 METAL A PARTIR DEL MAR Chang, Raymond Química McGraw Hill, 6a. Edición México 1999. 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): Mg(OH)2(s) + 2HCl(ac) →MgCl2(ac) + 2H2O (l)
  • 70. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 69 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.
  • 71. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 70 ¿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.
  • 72. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 71 ¿EL TERCER ELEMENTO LÍQUIDO? Chang, Raymond Química 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
  • 73. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 72 en esta tendencia, se puede predecir que la disminución del cesio al francio sería 23 º C, lo que lo convertiría en un líquido en condiciones atmosféricas.
  • 74. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 73 HIDRÓGENO METÁLICO Chang, Raymond Química McGraw Hill, 6a. Edición México 1999. 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 de manera continua el hidrógeno del núcleo en un fluido de hidrógeno metálico. En
  • 75. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 74 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.
  • 76. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 75 HIDRÓGENO. UN NO METAL DEL GRUPO 1 Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 162. 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. 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.
  • 77. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 76 CARBONO. UN NO METAL DEL GRUPO 14 Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 163. 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. En México, los principales depósitos carboníferos se localizan en Coahuila, Oaxaca y Sonora.
  • 78. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 77 FÓSFORO. UN NO METAL DEL GRUPO 15. Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 163 Tema: Periodos y grupos 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.
  • 79. COMPENDIO DE LECTURAS CIENTÍFICAS QUÍMICA I 78 AZUFRE. UN NO METAL DEL GRUPO 16 Garritz, A. y Chamizo J. A. Química Addison Wesley Iberoamericana p. 164 Tema: Periodos y grupos 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.