El secreto de la materia CF Nº 190

CIENCIA FÁCIL Nº 190Autora: María Cristina Chaler.


Serie reeditemos conocimientos


El secreto de la materia


La esencia de toda materia no es más que electricidad dentro de un enorme vacío. Cargas eléctricas negativas en constante movimiento que generan campos magnéticos, eléctricos, fuerzas atractivas y repulsivas, tendencias energéticas y termodinámicas opuestas y compensadas, núcleos positivos vibrantes ocupando posiciones geométricas variadas, movimientos más o menos caóticos dentro de un espacio que parece ser que posee más dimensiones que las que conocemos y misterio, mucho misterio aún… ya que hay expresiones de la misma que todavía resultan inexplicables y que la ciencia está tratando de descubrir con el avance tecnológico.

¿Cómo se forman las diferentes sustancias de la naturaleza?


Las propiedades químicas de los átomos, dependen de su configuración electrónica externa y la tendencia de todo elemento será combinarse con otro, cuando en esa combinación puede asemejarse a uno de los gases nobles, pero no a cualquiera de ellos sino aquel al que le resulte más fácil alcanzar perdiendo, tomando o compartiendo electrones para alcanzar la configuración eléctrica que le brinde estabilidad.


Si los átomos tienen pocos electrones en la última órbita, (1, 2, o 3) tenderán a perderlos y así quedarse con la órbita anterior completa y asemejarse al gas noble que le precede, en cambio si la cantidad de electrones es mayor (4, 5, 6 o 7) tenderán a captar electrones para completar su ultimo nivel semejándose así, al gas noble siguiente.


Los átomos del primer tipo son los conocidos como metales

•  conducen fácilmente la electricidad, ya que la tendencia a ceder electrones genera un flujo negativo llamado corriente eléctrica. Esta es la razón por la que los cables eléctricos, en su interior tienen alambres de cobre (Cu) o de otros metales.

•  brillan frente a la luz y conducen el calor con facilidad, propiedades físicas que se deben al movimiento continuo de electrones.

•  Se unen fácilmente con el oxígeno, es decir se oxidan ya que el mismo necesita un par de electrones para estabilizarse y quedar con su última órbita completa. De ahí la protección que debemos hacer de los materiales metálicos con antióxidos o pinturas.

Hay un segundo tipo de elementos que se denominan no metales que no toman ni pierden electrones sino que los comparten entre sí y poseen propiedades contrarias a los anteriores pero también son muy importantes ya que forman una gran variedad de sustancias como el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y otras que nos resultan indispensables para vivir.

Así con esta danza del octeto ( búsqueda de la completitud del último nivel) se van combinando los diferentes átomos formando la diversidad de las sustancias que nos rodean, todas ellas con una íntima estabilidad ya que cada uno de los átomos que las conforman, son eléctricamente semejantes (isoelectricos) a los gases nobles o inertes.


Este es el pequeño secreto de la formación de todas las sustancias de la naturaleza, cada átomo que la conforma tiene una configuración eléctrica semejante a uno de los gases nobles de lo contrario la combinación no se hubiese producido.

Un equilibrio muy especial CF Nº 189

CIENCIA FÁCIL Nº 189


Autora: María Cristina Chaler.
Serie reeditemos conocimientos


Un equilibrio muy especial.


Conocemos la materia, su origen y evolución, la formación de distintas sustancias y el por qué de algunas de sus propiedades como su naturaleza eléctrica, el color, el misterioso espacio vació que la conforma y las fuerzas que actúan sobre ella.


Estos “misterios” que la Ciencia fue descubriendo y explicando despiertan el asombro frente a la inmensidad universal. En el mundo de la ciencia siguen buscando respuestas a nuevos interrogantes.La búsqueda nunca termina, si un día lo hiciere, sería el fin de la ciencia.


Es notable como el Universo mantiene la tendencia al equilibrio aunque en sí mismo sea caótico. Caos y equilibrio se compensan y todo marcha muchas veces como si persiguiera finalidades que el hombre desconoce.

En física, Newton, en el siglo XVII, ya fundamento algunos principios observando el movimiento de los cuerpos.
Su primer principio de inercia dice: “Todo cuerpo tiende a conservar en forma indefinida el estado de reposo o de movimiento en que se encuentra”. Si esto de alguna manera se viese alterado existe un tercer principio newtoniano que dice: “Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción) este responde con una fuerza igual y de sentido contrario (reacción)”. La llamada reacción tendrá la tendencia a anular a la primera para restablecer ese equilibrio que el cuerpo se resiste a abandonar. Estos pares de interacción se encuentran en todo lo que nos rodea.

A nivel molecular, y observado por la química, el famoso principio de Chatellier rige las reacciones de equilibrio”Cuando una causa exterior afecta un sistema químico en equilibrio, éste se opone generando un efecto que tiende a anular dicha causa.”


En biología un organismo viviente también posee un estado de equilibrio regido por un principio que recibe el nombre de homeostasis: “Cuando un cuerpo vivo es alterado por causas exteriores genera un efecto para que esa alteración se anule”. Por ejemplo cuando nos exponemos al frió intenso todo nuestro organismo reacciona en consecuencia para oponerse al mismo y evitar la enfermedad.

A nivel ecología conocemos ampliamente el famoso equilibrio ecológico ya que una mínima alteración en un bioma (conjunto de seres vivos) genera enormes cambios naturales para compensarla y restablecer el equilibrio original.


Termodinámicamente (estudio de los calores, trabajos y energías generados por los sistemas), Hay equilibrio entre la tendencia al orden, primer principio de la termodinámica y tendencia al desorden, segundo principio de la termodinámica, que varían con las condiciones externas.
Cuando sacamos hielo del refrigerador éste, a temperatura ambiente, pasa al estado líquido en forma espontánea, porque bajo esas condiciones predomina la tendencia al desorden, en cambio con la baja temperatura, la tendencia al orden hace que las moléculas se coloquen en lugares fijos y el líquido se solidifique.


A nivel presiones, cuando ponemos en contacto a través de una membrana semipermeable, que sólo deja pasar solvente, a dos soluciones de diferente concentración, pasará agua desde la más diluida hacia la más concentrada generando una presión llamada osmótica, hasta lograr el equilibrio de concentraciones y de presiones. En el estado inicial el sistema está desequilibrado pero naturalmente tiende a equilibrarse.


A nivel de difusión de líquidos, cuando colocamos una sustancia coloreada en un líquido incoloro la mancha de origen que pertenece a una determinado tipo de moléculas difunde dentro de la sustancia incolora hasta que en el equilibrio el color se hace uniforme.


Es bueno tener en cuenta que todos los estados de equilibrio a los que tiende la naturaleza son dinámicos, nunca estáticos porque en ellos hay movimiento permanente e intercambio de energías constantes.


Los sistemas no se encuentran equilibrados en todo momento pues en la Naturaleza existen permanentemente fuerzas desequilibrantes, pero una vez desequilibrados la tendencia natural es retomar un estado de menor energía. Orden y desorden conviven permanentemente y los desequilibrios naturales muchas veces son necesarios para generar vida y movimiento de energías, el equilibrio estático permanente sería el constituyente de una quietud semejante a la falta de vida, en el Universo vivo lo que aparentemente se muestra como estático posee dentro de sí enormes energías actuando.


La vida es movimiento del desequilibrio al equilibrio.


Los misterios del Universo se van develando de a poco y en estos últimos tiempos con el avance de la tecnología se conoce cada vez más, pero el hombre a pesar de ser tan inteligente tiene aún mucho camino por recorrer porque a medida que se avanza, son enormes los desafíos que se presentan y mayores los cuestionamientos y las dudas. El camino del conocimiento es infinito como el Universo y el hombre jamás lo podrá  abarcar mientras se encuentre confinado a sus sentidos tridimensionales.

Formación de sustancias y electricidad CF Nº 188

CIENCIA FÁCIL Nº 188


Autora:María Cristina Chaler.


Serie reeditemos conocimientos

Formación de Sustancias y electricidad

Para que se formen las sustancias es necesario que los átomos se combinen entre sí. Esta combinación no es aleatoria y depende de la cantidad de electricidad que cada elemento posea en la capa más externa.


El átomo en su enorme espacio vació, tiene electrones orbitando, no al azar sino en niveles de determinada energía. La diferencia  entre un elemento y otro la da la cantidad de carga positiva que posean en el núcleo. La cantidad de electrones que neutralizan a dicha carga será diferente en cada uno de ellos.


La disposición energética de los electrones alrededor del átomo  se denomina configuración electrónica básica. Los electrones se van ubicando en diferentes niveles de energía a medida que se incrementan en número. La parte más importante de esta configuración es la externa,(configuración electrónica externa) los electrones  interiores no trabajan en las uniones químicas.Los exteriores son los que generan uniones para formar diferentes sustancias.


Existe un grupo de átomos, diríamos privilegiados, que tienen "algo"  que el resto de los elementos no posee: SU ULTIMA ÓRBITA COMPLETA con la cantidad de electrones máxima que el nivel permite, estos son los llamados Gases Nobles o Inertes.


Así encontramos:


Helio --------1er nivel--------2 electrones


Neón---------2do nivel-------8 electrones


Argón -------3er nivel--------8 electrones


Criptón----- 4to nivel--------8 electrones


Xenón-------5to nivel--------8 electrones


Radón-------6to nivel--------8 electrones


Poseer la última órbita completa genera en la naturaleza de nuestro planeta con las condiciones ambientales la cualidad de inercia química. No tienen tendencia a combinarse con otros elementos y o no generan sustancias. Esto se traduce en química en una especie de ley general “Aquel átomo que posea su último nivel completo será semejante a los Nobles y en consecuencia Inerte”.


En general excepto el gas noble que corresponde al primer nivel que se completa con 2 electrones (Helio) el resto de los niveles se completan con 8 electrones, de ahí la tendencia de todo átomo de la tabla periódica  a estabilizarse químicamente en las uniones  con 8 electrones en el último nivel, famosa  regla que se denomine regla del octeto.


Los elementos de la naturaleza  se encuentran ordenados en la tabla periódica según la cantidad de protones que tienen en su núcleo. Aquellos que no son Nobles  poseen su última órbita incompleta ,  permanentemente están buscando combinarse entre ellos para completar el octeto del último nivel y así semejarse en esa combinación a los gases nobles logrando la estabilidad química que no tienen en estado atómico.

Veamos unos ejemplos de cómo trabajan


El Sodio (Na) posee 11 electrones dispuestos de la siguiente manera:

•  2 en el primer nivel.
•  8 en el segundo
•  1 en el tercero

Simbolizado como: 2_8_1

Cuando el sodio se combina con el Cloro (Cl) que posee 17 electrones distribuidos como: 2-8-7


Le cederá el último electrón para semejarse al Neón (2_8) quedando a su vez cargado positivamente (Na +) y el Cloro lo tomará quedando cargado negativamente como (Cl –) y de este modo se asemejará al Argón ( 2_8_8), formándose una unión entre cloro y sodio estabilizada por los octetos completos y por la atracción de cargas eléctricas opuestas. La sustancia se llamará cloruro de sodio o lo que cotidianamente llamamos sal de cocina.Esta combinación es explosiva y violenta. El Sodio se deshace rápidamente de ese electrón que le sobra y lo toma con avidez el Cloro que lo necesita.

Cuando el Hidrógeno que tiene un sólo electrón (1) se combina con el oxígeno que tiene 8 electrones (2_6), este último necesita recibir dos electrones para semejarse al Neón (2_8) pero el hidrógeno a su vez también necesita 1 electrón para semejarse al Helio, la naturaleza  soluciona el problema fácilmente: Se asocian 2 (dos) hidrógenos (H) con un oxígeno (O) y comparten sus electrones, de este modo cada uno de ellos se mantiene en la sustancia como si fueran gases nobles formando el agua (dos hidrógenos y un oxígeno) H2O, sustancia vital y extremadamente necesaria.

En forma permanente los átomos, que son en total alrededor de 92, se combinan intentando semejarse en su configuración eléctrica externa a los gases nobles ya sea compartiendo electrones, tomando o cediéndolos. Así se forman las diferentes sustancias que componen la materia de este complicado planeta.


La naturaleza resuelve en la forma más sencilla posible y con el menor gasto de Energía.

Estados y electricidad CF Nº 187

   

CIENCIA FÁCIL Nº 187

Autora: María Cristina Chaler.
Serie reeditemos conocimientos


Estados y electricidad.


Los átomos se unirán entre sí según la cantidad de electricidad que posean y formarán moléculas con variadas propiedades, que a su vez se mostrarán como sustancias muy distintas entre sí y en estados diferentes que pueden ser:

•  sólido,

•  líquido

•  gaseoso.

Los estados en que se presenta la materia depende de la unión entre moléculas  y ello también es dependiente de la electricidad. 
A las moléculas las podríamos visualizar como un conjunto núcleos positivos rodeados de nubes electrónicas.Los electrones no se atraen entre sí, por el contrario tenderán a posicionarse en el espacio en zonas en donde la repulsión sea mínima, pero como se trata de cargas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos que favorecen el acercamiento de algunos y el alejamiento de otros, generando una nube característica de cada sustancia, que puede ser simétrica o no, dependiendo de la geometría molecular.


Cuando la molécula posee una NUBE ASIMÉTRICA, se formarán los llamados dipolos permanentes;zonas con poca cantidad de electrones o positivas y otras con alta densidad de electrones o negativas.


Como una sustancia está formada por millones y millones de moléculas, éstas se atraerán entre sí a través de sus dipolos, cuanta más atracción haya, más juntas estarán en el espacio. Se verán favorecidos los estados líquido o sólido.


¿De qué depende que sea uno o el otro?


Si a pesar de la atracción, las moléculas se pueden mover con cierta facilidad, la sustancia será líquida, si las moléculas ocupan lugares fijos, determinados por una cierta geometría, con movilidad pobre y fuerzas de atracción muy intensas, se conformará el estado sólido.


Las moléculas, que tienen una NUBE ELECTRÓNICA SIMÉTRICA serán no polares y no se atraerán, se moverán libremente y la sustancia se presentará como un gas.

Ampliemos algo más 

El estado de una sustancia no sólo depende de la polaridad molecular sino también de la influencia de la presión atmosférica y de la temperatura.


Cuando la presión aumenta "aprieta a la sustancia",se favorece la atracción molecular y ello genera tendencia al estado líquido o al sólido; el gaseoso predominará a baja presión donde la sustancia está más liberada espacialmente.
Cuando baja la temperatura, las moléculas tendrán menor energía y en consecuencia menor movimiento favoreciéndose la tendencia al sólido o al líquido.
El agua a temperatura ambiente se presenta como líquido, pero una vez colocada en el refrigerador, cuando alcanza el cero grado   (punto de fusión) comienza a solidificarse.
Al calentar agua en estado líquido, llegando a los 100 grados (punto de ebullición) comienza  a “hervir” ; sus moléculas serán capaces de vencer la presión que ejerce la atmósfera, se desprenderán de la masa líquida y pasarán al estado gaseoso.


Conocer los fenómenos de la naturaleza, amplia nuestra mirada y nos hace un poquito más sabios.