AÑOS LUZ o cómo enamorarse de los elementos químicos en menos de una hora.Publicado en septiembre 27, PM de luisccq

Todo químico sabe (y si no eres químico puedes leer sobre ello en los

primeros temas de cualquier libro de Química general), que el espectro

de emisión de los elementos en estado gaseoso y a baja presión no es

continuo, sino que está formada por algunas frecuencias que se pueden

separar por métodos ópticos.

Si registramos en una placa fotográfica la radiación  que ha sido

emitida por un elemento químico dado, previamente excitado por vía

térmica, se observan unas bandas de color (“rayas”)  sobre un  fondo

negro. Es el espectro de emisión del elemento y es único y exclusivo de

ese elemento. Es su huella dactilar. La forma inequívoca de identificar

al elemento. Su DNI.

Espectro de emisión

El grado de complejidad y la singularidad de los espectros (no hay dos

espectros iguales porque no hay dos elementos iguales) son reflejo de la

estructura interna de cada elemento, es decir, de sus átomos. Cada

raya corresponde a un tránsito electrónico permitido entre niveles de

energía cuantizados presentes en los átomos del elemento a estudiar. El

color de cada raya es una frecuencia y dependiendo del color, la

frecuencia será mayor o menor. Mayor frecuencia implica que el

tránsito responsable del color es más energético, es decir, que el nivel

de partida y el de llegada “están  alejados”. El violeta es un color de

alta frecuencia (alta energía) mientras que el rojo, por ejemplo, es un

color de baja frecuencia (baja energía).

Dicho así, excepto para los enamorados de la Química (entre los que

me incluyo), no parece demasiado impactante o bello pese a que los

espectros fueron clave en la identificación de los elementos químicos y

marcaron un antes y un después en la forma de entender el átomo. Aun

así, parece difícil hacerles ver a nuestros amigos, alejados del mundo

de la Química, la belleza que se esconde en todo esto. 

Ahora hay una forma de hacerlo. AÑOS LUZ. Se trata de una

exposición que actualmente puede visitarse en la Tabacalera del distrito

madrileño de Embajadores.  Su creadora, la arquitecta Eugénia

Balcells, sumerge al asistente en un mundo oscuro para destacar la luz.

Tras atravesar las puertas de la exposición nos asustamos y tememos

caernos. Todo está oscuro pero tranquilo, no te caerás.

Pasamos a través de una sala donde una especie de “universo gigante”

gira ante nosotros, como si fuera posible ver el universo desde fuera.

Todo ello acompañado de una banda sonora basada en las frecuencias

emitidas por los cuerpos celestes (el sol, la luna, los planetas…)

captadas y transcritas por la NASA (recuerda que el sonido no puede

propagarse por el vacío pues es una onda mecánica, no una onda

electromagnética, y por tanto necesita un medio material para

propagarse…¡No podemos olvidar la Física!).

 

UNIVERSO

Tras abandonar lo que la autora llama UNIVERSO, llegamos a todo un

regalo visual para un químico. La tabla periódica “espectral”, recoge los

espectros de líneas de la gran mayoría de elementos de la tabla

periódica. Al fondo, FRECUENCIAS; una instalación que “entrecruza

los rastros de luz que identifican a cada elemento de la Tabla Periódica,

simulando la danza primigenia de las partículas que configuran la

materia”, en palabra de la propia autora.

 VISLUMBRAR EL UNIVERSO,

en esta última zona de la exposición nos espera una breve película-

documental donde Eugènia Balcells conversa junto al astrónomo Marc

Balcells, director del Grupo de Telescopios Isaac Newton instalado en el

Observatorio Roque de los Muchachos (Canarias). ¿De qué se habla?

Universo, espectros y Ciencia. No te lo puedes perder…

AÑOS LUZ es una fusión de Química y arte. Una forma rápida (en

media hora o una hora como mucho habrás visto todo) y bella de

adentrarse en el corazón de los elementos. Descubrirles “llenos de

colores”. ¿Qué son esas rayas? o ¿por qué esos colores? Esas son

preguntas que cualquier no iniciado en el mundo de la Química o

nuestros propios alumnos, pueden hacernos. ¿Nuestra misión? Darles

respuesta. ¿Quién dijo que la Química no es arte? Tienes hasta el 18 de

noviembre para comprobarlo. ¡No lo dejes pasar!Lavoisier y el oxígeno (1776)Publicado en abril 19, AM de quimicasociedad

Hoy hace 236 años (19 de abril de 1776) que Antoine-Laurent

Lavoisier (1743-1794) presentó, en la Real Academia de Ciencias de

Francia, sus investigaciones sobre la combustión; reclamando la

prioridad del descubrimiento del oxígeno al identificar su papel

fundamental en la combustión. Aunque el oxígeno fue aislado unos años

antes, independientemente, por Carl Wilhem Scheele (1742-1786)

y Joseph Priestley (1733-1804); estos no interpretaron correctamente

su comportamiento químico. La prioridad del descubrimiento ha sido

teatralizada en la obra Oxigeno, escrita por Roald Hoffmann y Carl

Djerassi.

Lavoisier nació en el seno de una familia acaudalada. Aunque obtuvo un

título de licenciado en leyes, nunca llegó a ejercer como tal. Desde

joven se interesó por la ciencia y recibió clases en diversas disciplinas.

Se interesó por la política, llegando a ser administrador de la Ferme

Générale, una institución de carácter semi-feudal que recolectaba

impuestos por mandato real.

En sus investigaciones contó con la ayuda inestimable de su

esposa Anne-Marie Paulze(1758-1836), que colaboró con Lavoisier en

experimentos, ilustró sus publicaciones y tradujo numerosos textos

escritos por los químicos ingleses de la época.

Entre las aportaciones de Lavoisier hay que destacar las siguientes:

1) Rigor en las medidas. Perfeccionó las balanzas para hacer pesadas

precisas.

2) En su libro Réflexions sur le phlogistique (1983) derribó la teoría

del flogisto debido a su inconsistencia para explicar hechos

experimentales.

3) Estableció firmemente el concepto de elemento químico (el que no se

puede descomponer en partes más pequeñas) a diferencia de la

sustancia compuesta. Caracterizó como elemento químico el oxígeno, el

nitrógeno, el hidrógeno, el fósforo, el mercurio, el zinc y el azufre.

4) Comprobó que cuando un metal se oxida al aire, la ganancia de peso

del material obtenido respecto al metal es igual al peso que pierde el

aire.

5) También realizó experimentos en sentido contrario. Liberó oxígeno

de algunos compuestos como el óxido de mercurio (repitiendo el

experimento de Priestley) y comprobó que el peso perdido por el óxido

era igual al ganado por el ambiente que le rodeaba.

6) Estos experimentos le llevaron a formular la ley de la conservación

de la masa, que cronológicamente fue la primera ley básica en

química, enunciada en 1775. La ley afirma que la masa ni se crea ni se

destruye, sólo se transforma.

7) Identificó inequívocamente el papel del aire en la combustión y

oxidación. Repitió los experimentos de químicos anteriores sobre el aire

y sus componentes, dando nombre al oxígeno y al nitrógeno (azote, que

significa ‘sin vida’ en griego, y que actualmente es el término en

francés para el nitrógeno). La importancia del oxígeno para explicar las

reacciones químicas fue magistralmente desvelada por Lavoisier en

1776, por lo que frecuentemente se considera a Lavoisier el

descubridor del oxígeno. La historia del descubrimiento del oxígeno

lleva a la reflexión sobre el descubrimiento científico y la consciencia

de haber descubierto algo.

8 ) El nombre oxígeno procede de las palabras griegas oxys (ácido) y

genos (generación). Propuso la teoría de que el oxígeno en una

sustancia química producía la acidez de la misma; puesto que en

aquella época, todas las sustancias con carácter ácido contenían

oxígeno. Décadas después se encontró que esta regla no es general.

9) En 1783 anunció que el agua está constituida por la combinación de

hidrógeno y oxígeno, redescubriendo el resultado obtenido previamente

por Henry Cavendish (1731-1810). Renombra el gas inflamable de

Cavendish como hidrógeno (generador de agua en griego).

10) En colaboración con el matemático Pierre-Simon de

Laplace (1749-1827), realizó experimentos de calorimetría para

determinar el calor desprendido en las reacciones químicas,

especialmente en la producción de dióxido de carbono; que comprobó

que se formaba tanto al quemar una sustancia química con carbono

como en la respiración; proponiendo que ésta era una combustión lenta.

11) Probó que la composición química del carbón (el combustible usado

en la época) y el diamante era la misma: carbono puro. Esto lo realizó

quemando ambas sustancias (usando la luz del Sol), comprobando que

se formaba la misma sustancia química (dióxido de carbono) y en la

misma cantidad. Estos experimentos fueron corroborados y

perfeccionados posteriormente por Smithson Tennant (1761-1815).

12) En su libro Méthode de nomenclature chimique (1787) elaboró

un sistema de nomenclatura, lo que facilitaría el intercambio de

información de una manera más precisa. La mayoría de la

nomenclatura de Lavoisier está aún en uso.

13) En su libro Tramité Élémentaire de Chimie (1789) sistematizó

los conceptos químicos conocidos en la época.

14) Colaboró en la instauración del Sistema Métrico Decimal.

Los numerosos resultados alcanzados por Lavoisier le proporcionaron

gran prestigio entre la comunidad científica. Sin embargo, su vida y

trayectoria científica fueron trágicamente segadas como consecuencia

de la Revolución Francesa, que le condenó por sus actividades como

recaudador de impuestos. A pesar de los ruegos para que se perdonara

su vida en consideración a sus grandes aportaciones científicas, fue

decapitado el 8 de mayo de 1794. Fue una gran pérdida para la

química. El matemático Joseph-Louis de Lagrange(1736-1813) dijo

“bastó un instante para separar su cabeza del cuerpo, Francia no

producirá otra cabeza igual en un siglo“.¿Es el ácido ortobórico un ácido de Brönsted-Lowry?Publicado en enero 27, AM de luisccq

Desde el momento que escribimos H3BO3 comienza la duda. Por su

fórmula química (y si comparamos con el ácido ortofosfórico, H3PO4, por

ejemplo) puede parecer un ácido triprótido o triprótico (con 3 átomos

de hidrógeno ácidos, “3 protones” en la jerga del químico) pero lo cierto

es que no (ver nota 4). El ácido ortobórico no es un ácido

triprótico. Es más, el estudio del comportamiento ácido-base del

ácido ortobórico va más allá de la teoría de Brönsted-

Lowry (recuerda que las teorías ácido-base más empleadas en Química

fueron explicadas en Nunca le preguntes a un químico qué es un ácido

o una base si tienes prisa).  Llegamos a una “polémica química”: para

muchos químicos, el ácido ortobórico no debe ser considerado un

ácido de Brönsted-Lowry propiamente dicho. ¿Cómo es posible?

Seguro que todos hemos leído en muchos libros reacciones de este tipo

(ver nota 5):

H3BO3 (ac) + H2O (l) ⇌ H2BO3- (ac) + H3O+ (ac)

Incluso algunos libros antiguos de Química consideraban HBO2 como

fórmula para el ácido bórico a fin de poner de manifiesto que el ácido

bórico “sólo cede un protón” (ver nota 2).

HBO2 (ac) + H2O (l)⇌ BO2-(ac) + H3O+  (ac)

No obstante, esto es incorrecto pues el HBO2 no es el ácido

ortobórico sino el ácido metabórico (el prefijo orto suele omitirse en

los oxoácidos de B, P, As, Sb y Si). Entonces, ¿qué ocurre con el ácido

ortobórico?¿Cómo explicar que una disolución acuosa de ácido

ortobórico tenga pH<7? En definitiva, ¿cómo justificar la acidez del

ácido ortobórico?

Modelo molecular del ácido ortobórico elaborado por Sergio Cuesta

Galisteo, un olímpico de la Química (¡literalmente!), que rápidamente

dio con la respuesta a la acidez del ácido ortobórico a través

de @ehfdquimica. Tal y como nos adelantaba Sergio: “Ese orbital p

vacío Lewis Moreno”. 

Para responder a esta pregunta, que surge tanto en Bachillerato

(ver nota 1) como en las enseñanzas universitarias (ver nota 2),

debemos atender al átomo central de esta especie: el boro. El boro

presenta hibridación sp2, estando unido a 3 grupos OH en la molécula

de ácido ortobórico. Así, en lugar de H3BO3, podríamos escribir

perfectamente B(OH)3, lo cual concuerda con el

nombre trihidroxidoboro de acuerdo con la nomenclatura de adición

según las normas de Formulación y Nomenclatura IUPAC (libro rojo)

actuales (ver nota 3). Visto así podía parecer un hidróxido y podríamos

pensar que es una base… ¡Pero no!

En estado sólido, las moléculas de ácido ortobórico se unen mediante

enlaces de hidrógeno formando capas, las cuales se unen entre sí

mediante fuerzas de Van der Waals; lo que explica que el ácido

ortobórico sea empleado como lubricante y que tenga tacto resbaladizo.

Fuente: Cerawiki.

El B(OH)3 actua como ácido de Lewis o mejor dicho, en todo rigor, el

átomo de B actúa como ácido de Lewis debido a que presenta un orbital

2pz vacío y estable que puede alojar un par de electrones aportado por

el oxígeno de una molécula de agua (base de Lewis). Así se forma la

especie B(OH)3(H2O) que es el auténtico ácido de Brönsted-

Lowry (equivale a un ácido monoprótico de pKa= 9, un ácido bastante

débil) pues cede un protón a una molécula de agua, formando la

especie B(OH)4-.

Las reacciones correctas serían por tanto:

B(OH)3 (ac) + H2O (l)⇌ B(OH)3(H2O) (ac)

B(OH)3(H2O) (ac) + H2O (l)⇌ B(OH)4- (ac) + H3O+ (ac)

Lo que en ocasiones se suele escribir como:

B(OH)3 (ac) + 2H2O (l)   B(OH)4− (ac) + H3O+(ac)

Ecuación química que resulta de sumar las dos ecuaciones químicas

superiores y algo engañosa, pues si no se tiene en cuenta de qué

ecuaciones químicas procede puede confundirnos ya que da la

impresión de que es la molécula de ácido ortobórico la que cede el

protón… ¡Y no es así! Al menos, de forma preferente. (ver nota 5)

Ácido ortobórico preparado por Javier Corpas Pardo (@javicorpas94),

joven estudiante de Química de la Universidad Autónoma de Madrid

con gran pasión por la Química que nos envió las imágenes

a @ehfdquimica. 

Sin duda, una Química particular (como toda la Química del boro) que

si no se conoce puede llevar a error. Un ácido para comentar en clase.

¡Hay mucha Química curiosa detrás de este ácido

“doblemente” engañoso!

Notas:

1) Para la enseñanza preuniversitaria: Cabe destacar que aunque la

mayoría de libros de texto de Química de 2º de Bachillerato (primer

curso en el que se estudia la Química ácido-base con más detalle en el

temario español) no incluyen la Teoría ácido-base de Lewis, los libros

de Química para 2º Bachillerato de la editorial SM y de la editorial

Bruño incluyen una explicación bastante elaborada sobre la teoría

electrónica de ácidos y bases (Gilbert Newton Lewis, 1938), no incluida

en los temarios oficiales de Química de 2º Bachillerato  ya que aunque

el BOE sí contempla la revisión de la interpretación del carácter ácido-

base de una sustancia, la mayoría de textos se centran en

las reacciones de transferencia de protones, que sí aparecen

recogidas en el temario de forma explícita, lo que implica trabajar con

las teorías de Arrhenius y de Brönsted-Lowry en exclusividad.

2) Para la enseñanza universitaria: En las asignaturas de Química

General, Equilibrios iónicos y aplicaciones analíticas, Química Analítica

y cálculos químicos en disolución de los primeros cursos de Grado en

Química y en Ciencias suele adoptarse la postura de considerar al ácido

ortobórico como HBO2 (aunque es erróneo) y realizar los cálculos como

si se tratase de un ácido monoprótico. Aunque los resultados numéricos

son los mismos (se obtiene el mismo valor de pH al resolver los

problemas), es especialmente importante no incurrir en esta mala

práctica pues estaríamos aplicando una teoría química, la teoría

de Brönsted-Lowry, más allá de sus “condiciones de contorno”; un error

que en Ciencia no debemos cometer.

Fragmento de apéndice con valores de pKa de varios ácidos en el que

podemos observar la formulación incorrecta del ácido (orto)bórico.

También se incluye al ácido carbónico en esa lista. ¿Podemos

considerar al ácido carbónico como una especie química real en

disolución? Otro tema químico “polémico”, que se sigue discutiendo, y

que abordaremos más adelante en este espacio.

3) Las normas de Formulación y Nomenclatura

Inorgánica mencionadas en el artículo se pueden encontrar en la web

de la IUPAC (en inglés). En FisQuiWeb puedes encontrar varias

recomendaciones didácticas elaboradas por Luis Ignacio García, muy

recomendables. También puedes encontrar una tabla resumen en los

modelos de exámenes PAU de Química de la Comunidad de Madrid (el

modelo 2013-2014 se encuentra disponible en este enlace).

4) Aunque es habitual hablar de protones, catión hidrógeno (H+),

realmente esta especieno tiene existencia en disolución y por ello

debemos escribir H3O+ en todas las reacciones de disociación ácida en

medio acuoso. Ello no excluye la formación de especies hidratadas

superiores aunque a efectos de estudio de fenómenos ácido-base, el

catión oxonio o hidronio (H3O+) suele ser el considerado habitualmente.

5) Algunos libros, sobre todo clásicos, de Química Inorgánica sostienen

que el ácido ortobórico sí puede actuar como ácido de Brönsted-Lowry

con un valor de pKa=9,22. No obstante, aunque la reacción se produzca,

es más recomendable en términos químicos actuales, el estudio de la

acidez del ácido ortobórico atendiendo a la teoría electrónica ácido-

base de Lewis para la formación de la especie B(OH)3(H2O), ácido de

Brönsted-Lowry con mayor tendencia a ceder un protón (pKa=9) que la

molécula de ácido ortobórico de la que procede (pKa=9,22), que además

conduce a la formación de B(OH)4-, especie presente en disoluciones

acuosas de ácido bórico y que además tiene existencia en estado sólido.

6) Este post participa en la edición Ga del Carnaval de Química que

organizaZTFnews.Elementos químicos: el hidrógeno.Publicado en agosto 31, PM de quimicasociedad

El hidrógeno (símbolo: H) es el átomo más sencillo que existe. Sólo un

protón en su núcleo y un electrón alrededor de él. El hidrógeno ha sido

muy importante en el desarrollo de los fundamentos de la Química: la

explicación de las estructuras atómicas y molecular.

El protón es una partícula subatómica con carga positiva y el electrón

es una partícula subatómica con carga negativa. La tercera partícula

subatómica importante es el neutrón que también está en el núcleo

atómico y que es neutra eléctricamente. El protón y el neutrón tiene

aproximadamente la misma masa. El electrón es mucho más ligero

(aproximadamente 1836 veces en reposo).

La principal característica de un elemento químico es el número de

protones del núcleo, que se define como el número atómico. Puesto que

la masa del protón y del neutrónes aproximadamente iguales, la suna

del número de protones y neutrones es, redondeando a números

enteros, la masa atómica (también frecuentemente denominado peso

atómico). La masa de los electrones se desprecia a la hora de calcular

la masa de los átomos.

Los elementos químicos pueden tener más de un tipo de átomos, que se

conocen como isótopos. Los isótopos son los átomos de un elemento

químico que, teniendo el mismo número de protones (que define el

elemento en cuestión), poseen diferente número de neutrones; por lo

tanto, masas distintas.

El hidrógeno es el componente más abundante del universo,

constituyendo aproximadamente el 75% de la masa conocida y más del

90% de los átomos del universo. El hidrógeno (número atómico, 1), el

helio (número atómico, 2) y el litio (número atómico, 3) fueron los tres

elementos que se formaron en el big-bang . Todos los elementos

químicos naturales (hasta el número 92 en la tabla Periódica) se

formaron como consecuencia de la nucleosíntesis tras el big-bang,

primero el hidrógeno, luego el helio y, así sucesivamente, los elementos

más pesados según su número atómico.

Las estrellas están principalmente constituida por hidrógeno en forma

de plasma (un estado de la materia distinta  a las habituales que

conocemos: gas, líquido o sólido). En un plasma hay separación de

iones. En las estrellas, los núcleos de hidrógeno (cargados

positivamente) están agrupados y los electrones (cargados

negativamente) están separados de los núcleos. Este estado de la

materia tiene una altísima conductividad eléctrica. El núcleo del Sol

está formado por hidrófgeno, altamente comprimido y a muy alta

temperatura (13 millones de grados). La densidad del núcleo del Sol es

aproximadamente de 200 kg/l (compara con la densidad del hidrógeno

en condiciones normales de presión y temperatura, que es de 0’00009

kg/l, 2’2 millones de veces menor. En estas condiciones, los nucleos de

hidrógeno se fusionan. De esta fusión niclear se genera gran cantidad

de energía (lo que se pretende hacer en las plantas de fusión nuclear,

como elITER). La radiación generada en el núcleo del Sol tarda un

millón  de años en alcanzar la superficie de la estrella. El Sol convierte

600 millones de toneladas de hidrógeno en helio por segundo,

convirtiendo alrededor de 5 millones de toneladas de materia en

energía (según la ecuación de Einstein,   E = mc2.

El hidrógeno (elemento de número atómico = 1, ocupando el primer

lugar en la Tabla Periódica) tiene tres isótopos; que difieren en el

número de neutrones del núcleo, pudiendo ser cero, uno o dos. El que

tiene un solo protón se denomina hidrógeno (o protio, un término poco

usado) y es el isótopo más abundante. Se denota por 1H (el superíndice

indica el peso del isótopo = número de protones + número de

neutrones). El otro isótopo del hidrógeno es el deuterio, que tiene un

protón y un neutrón en el núcleo, simbolizándose por2H. La proporción

de isótopos del hidrógeno en nuestro planeta es de entre 12500 y 1800

átomos de protio por cada átomo de deuterio (dependiendo del

compuesto químico y de su origen). El deuterio fue aislado por Harold

Urey en 1931, recibiendo el Premio Nobel en 1934.

Existe un tercer isótopo del hidrógeno (el tritio, 3H) que tiene dos

neutrones en el núcleo. Es mucho menos abundante que el deuterio. Se

forma por la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera terrestre.

También se genera intencionadamente en reactores nucleares, pues

tiene aplicaciones en investigaciones químicas, físicas y biológicas.

Un átomo, para mantener su neutralidad eléctrica, tiene que tener el

mismo número de electrones que de protones. Si uno de ellos está en

exceso, se forman los iones, que pueden ser negativos o positivos,

dependiendo de que haya más electrones que protones (iones negativos

o aniones) o menos electrones que protones (iones positivos o cationes).

Excepto en el caso de los gases nobles más ligeros, que se encuentran

en estado monoatómico; el estado normal de todas las sustancias

químicas es formar moléculas: los átomos quieren combinarse entre sí,

compartiendo electrones que forman los enlaces químicos. Aunque el

hidrógeno se puede generar en estado atómico, esto se consigue en

condiciones muy especiales. La forma en la que el elemento químico

hidrógeno se encuentra en la naturaleza es en forma de una molécula

con dos átomos de hidrógeno, generando la molécula de dihidrógeno

(H2, dónde el subíndice indica cuantos átomos están combinados en esa

estructura), frecuentemente denominada sólo “hidrógeno” o “hidrógeno

molecular”. El dihidrógeno es un gas con un punto de ebullición de 20 K

y con punto de fusión de 14 K a presión atmosférica.

El hidrógeno fue generado en el siglo XVII por Robert Boyle al tratar

ciertos metales, como zinc o hierro, con ácidos fuertes; y fue aislado

por Henry Cavendish en 1766. El dihidrógeno se produce

industrialmente por reacción de metano con agua generando una

mezcla de monóxido de carbono (CO) y H2, que se denomina gas de

síntesis (que también se puede obtener a partir de carbón). También se

puede generar por electrolisis de la molécula de agua.

La principal aplicación industrial del hidrógeno es la producción del

amoniaco; el compuesto químico más importante en la fabricación de

abonos y fertilizantes, que mejoran nuestras cosechas proporcionando

alimentos.

El dihidrógeno es un gas muy inflamable. Esta propiedad es debida a

que la reacción con oxígeno genera mucho calor. Esta reacción, aunque

potencialmente peligrosa, se puede usar de manera controlada para

producir energía. La energía generada por la combustión del hidrógeno

es limpia y eficaz. Si se resuelven problemas científico-técnicos, como la

producción eficiente de H2 y su almacenamiento y transporte seguros;

podremos beneficiarnos de la energía química del H2, llegando a

alcanzar la denominada economía basada en el hidrógeno.

Otras características importantes del elemento hidrógeno (a comentar

en un próximo post) son su capacidad para formar enlaces no

covalentes débiles (enlace de hidrógeno) o sus propiedades

espectroscópicas que sirvieron de estímulo para el desarrollo de la

teoría cuántica.

Lecturas recomendadas:

John Emsley, Nature’s Building Blocks, Oxford University Press,

2003.

Theodore Gray, The Elements. A Visual Exploration of Every

Known Atom in the Universe, Black Dog & Leventhal Publishers,

2009.

Conceptos de química, para ampliar la información:

Protón

Neutrón

Electrón

Enlace químico

Nucleosíntesis

Fusión nuclear

Tabla periódica

Número atómico

Peso atómico. Peso atómico estándar.

Modelos atómicos: desarrollo histórico

Experimentos que permitieron descubrir las partículas sub-atómicas

Rayos catódicos

Espectrometría de masas

¿Hay alguna partícula más pequeña que forme el neutrón? ¿Y el

protón? ¿Y el electrón?

Busca quién fue Henry Moseley y por qué fue importante en el

desarrollo de la teoría atómica.

Busca datos de la biografía de Henry Cavendish. ¿Qué te llama la

atención de su biografía? ¿Qué destacas de positivo y negativo de su

biografía? ¿Te gustaría ser como él?

Buscar aplicaciones científicas y médicas de isótopos radiactivos.

Gases nobles. ¿Qué son? ¿Cómo se descubrieron? ¿Dónde se

encuentran en la Tabla Periódica? ¿Cual es su característica química

principal? ¿Por qué?

Reacción de producción de amoniaco.

Reacción de electrolisis del agua.

Sì preguntamos qué es la Química a pie de calle, podremos

encontrar varias respuestas. Unos dirán que es una ciencia, otros

que es una profesión en la que hay que trabajar en un laboratorio

rodeado de recipientes con líquidos que cambian de color y otros

muchos no sabrán dar una definición exacta.

Definir no siempre es fácil. Tanto más cuanto más general sea el

término a definir. Y la Química es un ciencia muy amplia. ¿Cómo

podemos definir la Química? Haré lo mismo que que hice cuando

se la definí a mi hermana pequeña.

Fíjate en un coche viejo. Estos coches antiguos que muchas veces

vemos abandonados por las ciudades y pueblos. Cuando el coche,

con un poco de suerte, arranca  y se mueve, se ha producido un

cambio. El coche se mueve con cierta velocidad, constante o no

en el tiempo, y recorrerá cierto espacio. El coche no cambia en el

trayecto. Sólo cambia su posición. Se trata de un movimiento. El

movimiento es un fenómeno físico.

         

Ahora bien, el coche es muy viejo. Las carrocerías de los

vehículos actuales son mucho mejores que las de nuestro viejo

coche. En nuestro viejo coche observamos unas manchas rojizas.

Óxido de hierro. ¿De dónde procede este óxido? No siempre ha

estado ahí. Cuando el abuelo compró aquel coche esas “manchas”

no estaban. Han aparecido con el paso del tiempo. El oxígeno del

aire se ha unido a algunos átomos de hierro de la carrocería y ha

formado una nueva sustancia. En esas manchas ya no hay hierro,

sino otra sustancia diferente. Ha cambiado la naturaleza de la

sustancia. Además, en el motor del coche la gasolina se está

transformando en otras sustancias para obtener la energía que

hace funcionar el coche. No tenemos lo mismo al principio y al

final…son cambios químicos.

 

Material Laboratorio

La Química es la ciencia que estudia los cambios

químicos. Error…la palabra definida no puede entrar en la

definición. Tenemos que expresarnos mejor. La Química será la

ciencia que estudia los fenómenos en los que cambia la naturaleza

de las sustancias, siguiendo en todo momento el Método

Científico. Es una ciencia experimental.

Pero como ocurre con todo el conocimiento que ha conseguido la

humanidad, son tantos los fenómenos y sustancias químicas a

estudiar que la Química se subdivide en varias ramas o

especialidades.

La clasificación más habitual es la siguiente:

-Química Inorgánica. Es la rama de la Química que estudia las

características, reactividad y estructura de los elementos

químicos y sus compuestos, salvo el caso del carbono. No

obstante, la Química Inorgánica también estudia compuestos de

carbono como los carbonatos o gases como el dióxido de carbono.

El carbono elemental (grafito, diamante, etc) también es objeto de

estudio de esta rama.

-Química Orgánica. Esta parte de la Química estudia las

características, reactividad y estructura de los compuestos del

carbono. Los compuestos orgánicos son una familia enorme de

compuestos químicos muy diversos en cuanto a propiedades y

composición, aunque todos presentan carbono e hidrógeno.

-Química Física. Esta disciplina aplica las leyes de la Física al

estudio de sistemas químicos. Establece las bases teóricas para la

interpretación de los fenómenos químicos. Mecánica Cuántica,

Termodinámica, Cinética y otros muchos aspectos de la Química

son estudiados por los científicos que trabajan en este campo.

-Química Analítica. Esta rama de la Química se encarga de

determinar la composición cualitativa y/o cuantitativa de todo tipo

de muestras. Esto implica el conocimiento de técnicas químicas

(instrumentales en su gran mayoría)  que permitan el diseño de

métodos que tengan las mejores características para obtener la

mayor información  química posible. Exactitud, precisión,

sensibilidad, selectividad y robustez serán algunos de los aspectos

a tener en cuenta por los químicos analíticos para conseguir

información química de calidad.

La Química converge a su vez con otras disciplinas. Así, unida a la

Biología da lugar a la Bioquímica, ciencia que hoy se estudia

como rama independiente de la Química y que constituye el

estudio de los procesos químicos que tienen lugar en los seres

vivos. Cuando la Química converge con la Física y la Ingeniería

llegamos a la Química Industrial, hoy llamada Ingeniería Química,

encargada del diseño de procesos industriales para la obtención

de productos químicos que a su vez son la base para otras muchas

industrias.

Si seguimos considerando campos en los que la Química puede

colaborar llegaríamos a la Química Agrícola, Química Forense,

Química Medioambiental, Química de los alimentos, etc

     Cocinero

Pero volvamos a la división  ”clásica” de la Química.

¿Cómo podemos explicárselo a nuestros hermanos pequeños?

Los químicos físicos serían algo así como los guionistas.

Establecen un guión, las pautas que los protagonistas, átomos ,

moléculas y electrones, deben cumplir. Si no lo cumplen y se ha

comprobado que efectivamente nuestros protagonistas no siguen

ese guión, habrá que revisarlo. No olvidemos que la Química es

una ciencia experimental.

         

¿Qué ocurre con los inorgánicos y los orgánicos? Serían algo así

como los cocineros. Un cocinero parte de los ingredientes

adecuados para llegar a obtener el plato que desea. Los químicos

inorgánicos y orgánicos parten de reactivos para llegar a obtener,

mediante reacciones químicas, los productos con las propiedades

y características deseadas bien porque interese el producto en sí

o bien porque interese estudiar el proceso de cocinado, es decir,

la reacción química. Es lo que los químicos llamamos síntesis

química.

    Detective

¿Y los analíticos? Son los detectives. A partir de unas pistas deben

saber quién es el culpable y dónde se encuentra el amante, ladrón

o asesino. El químico analítico parte de una serie de muestras y

debe saber qué sustancia química está presente en ellas y en qué

concentración. A esta actividad la llamamos análisis químico.

Si bien, los químicos orgánicos e inorgánicos utilizan también las

técnicas de análisis o incluso pueden dedicarse expresamente a

ellas. Difracción de rayos X para los inorgánicos, análisis RMN

para los orgánicos o ambos para los químicos de coordinación y

química organometálica… Digamos que algunos químicos pueden

ser detectives y cocineros a la vez.