Fenómenos Físicos y Químicos CF N° 240

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL Número: 16

Serie: Una mirada de la química diferente.

Fenómenos físicos y químicos

Hacer ciencia es observar lo que nos rodea con gran curiosidad, cuestionarse, plantearse problemas sobre lo que ocurre, tratar de buscar una explicación experimentando, calculando y midiendo hasta encontrar una respuesta adecuada al hecho para poder generar leyes que lo rigen.

Todo aquello que cuando sucede modifica el entorno, es un fenómeno.

Las ciencias estudian los distintos fenómenos de la naturaleza e inclusive los provocados por el hombre, investigando sus causas y sus consecuencias.

Cuando éste ocurre y la materia que interviene en el mismo no se modifica el fenómeno es clasificado como físico y será estudiado por las Ciencias Físicas.

Veamos ejemplos sencillos de fenómenos de este tipo:

·        Se rompe el vidrio de un ventanal por el impacto de una piedra.

La materia es  vidrio y el golpe trae como consecuencia su rotura pero no se modifica para nada la sustancia  ya que los pedacitos que recogemos del piso siguen siendo vidrio. Hay intercambios de fuerzas y energías pero no cambia la naturaleza íntima de la materia Este es un fenómeno físico.

Cuando la física se ocupa de estudiarlo podrá calcular la velocidad de caída de los trozos, la velocidad de impacto de la piedra, el intercambio de energías en el proceso y otros cuestionamientos más. Observará y medirá cambios físicos sin que entre en juego la naturaleza íntima de la materia.

·        Colocamos un recipiente con agua en el fuego y ésta entra en ebullición evaporándose.

Al calentar agua líquida las moléculas toman energía y aumentan sus velocidades en la masa líquida, llega un momento que la velocidad se hace tan grande que pueden desprenderse de la masa liquida y pasar al estado de vapor.   

Este fenómeno es físico porque  el agua cambió de estado pero sigue siendo la misma sustancia: agua que no  modificó para nada la estructura de las moléculas (H2O), sólo el estado.

Todos los cambios de estado son fenómenos físicos ya que cuando se producen la sustancia que interviene sigue siendo molecularmente la misma.

·        Molemos trigo para fabricar harina.

La molienda sigue siendo un fenómeno físico ya que no  altera  la estructura de las moléculas sino que sólo cambia la forma en que se presenta la materia (estado de agregación).

·        Disolvemos sal en agua

Cuando la sal se disuelve en agua desaparece ante nuestros ojos,  pero en realidad lo que sucede es que el agua hidrata a ciertos grupos de átomos   llamados  iones que por estar cargados de electricidad  interaccionan con mucha facilidad con este solvente que es polar. Así los iones de la sal se hidratan rodeándose de moléculas de agua atraídas por su polaridad y permanecen en solución. A simple vista no se percibe la presencia de la sal pero si evaporamos el agua aparece en el fondo del recipiente  con las mismas propiedades que tenía antes de la disolución. La materia no fue transformada por el fenómeno de modo  que se clasifica como fenómeno físico.

Más fenómenos y otras ciencias involucradas.

Si al ocurrir un fenómeno se modifica la materia en forma íntima, las moléculas cambian y la sustancia  deja de ser la misma, ello significa que los átomos se recombinan dando lugar a sustancias distintas a las que había antes de producirse el hecho. Clasificaremos a este suceso como fenómeno químico y será estudiado por las Ciencias Químicas.

Veamos ejemplos

·        Tomamos un papel, le acercamos un fósforo y lo quemamos.

Luego de lo sucedido el papel  dejó de serlo,  se convirtió en cenizas y otros gases, se produjo un cambio íntimo de la materia, los átomos se recombinaron y formaron otras sustancias. Se trata de un fenómeno químico.

·        Dejamos un trozo de hierro a la intemperie sin protección ni pinturas. Luego de un tiempo, lo encontramos oxidado.

El hierro por la falta de protección se combinó con el oxígeno atmosférico transformándose en óxido de hierro. Cambió íntimamente la materia y el fenómeno es estudiado por las ciencias químicas y sus derivadas.

Cada ciencia indaga los fenómenos de su incumbencia  pero en estos momentos de la de la humanidad todo se torna multidisciplinario y muchas veces veremos a un grupo de científicos analizando un mismo fenómeno desde diferentes ángulos.

Según donde el científico coloque su interés el fenómeno que observe será físico bajo algunas circunstancias o químico bajo otras.

Por ejemplo:

·        Si estudiamos el vuelo de un avión y calculamos distancias y velocidades del mismo

Las respuestas serán patrimonio de la física, y de la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos llamada Cinemática

·        Si nos preguntamos ¿Cómo es que vuela a pesar de que pesa tanto?

La aerodinámica se ocupará de este fenómeno y lo estudiará con profundidad

·        Si la inquietud se centra en el combustible que usa el motor, las reacciones moleculares que se producen en el mismo, los productos que libera, y nos interesa si éstos contaminan o no el medio ambiente, y cómo se evita esa contaminación.

Estos interrogantes los responderá  un químico especializado pues los fenómenos que allí suceden son parte del estudio de estas Ciencias.

·        Si el fenómeno estudiado se refiere o esta en relación con un ser viviente.

Serán  las Ciencias Biológicas las que lo estudien. La biología a nivel celular y más profundamente a nivel molecular se transforma en química biológica que estudia ampliamente las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos (metabolismo). Siendo esta rama de la química un fuerte apoyo para la medicina.

Física, química y biología son ciencias puras que estudian los fenómenos de la naturaleza con amplias aplicaciones en la vida cotidiana. La división entre ellas no es estricta ya que muchas veces un mismo acontecer tiene facetas que pueden ser estudiadas por las tres al mismo tiempo y se complementan entre sí al hacerlo. Todas ellas investigan profundamente los hechos que trasforman al objeto de estudio. La Ciencia de apoyo permanente es la Matemática, madre de todas las ciencias, pues las leyes que rigen la naturaleza de los distintos fenómenos, se deducen a través de cálculos matemáticos.

La informática actualmente está presente en la mayoría de los estudios científicos al igual que los cálculos estadísticos que predicen la ocurrencia o no de algunos hechos.

En la actualidad con el avance y la complejidad de los conocimientos y de la tecnología es casi imposible la investigación aislada. Los equipos de investigación son multidisciplinarios y todas las ciencias se apoyan trabajando en ellas científicos y técnicos especializados en los diferentes temas de investigación.  

A medida que se avanza en la complejidad de lo investigado es imposible investigar sin el apoyo de varias disciplinas

¿Materia o electricidad? Cf N° 239

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL                                            Número: 239
Serie: Una mirada de la química diferente.

¿Materia o electricidad?

La materia se presenta contundente ante nuestros ojos pero, en ella abunda el espacio vació y sólo es electricidad en tal estado que aparenta diversidad.

 La materia está formada por moléculas y éstas a su vez resultan de una combinación de átomos.  Estos pequeños componentes poseen cargas eléctricas positivas (protones) en el núcleo y cargas negativas (electrones) distribuidos alrededor del mismo moviéndose en zonas de probabilidad que se llaman orbitales.

El núcleo a pesar de estar formado por cargas positivas que tienen tendencia a rechazarse entre sí, es bastante estable pues, los neutrones (partículas neutras) ejercen una fuerza nuclear muy fuerte que “empasta” y lo estabiliza.

Los electrones prácticamente no poseen masa y orbitan vertiginosamente alrededor del núcleo, en un gran espacio vació, neutralizando la carga nuclear. Cada átomo posee tantos electrones como protones, en consecuencia la materia es neutra. Esto es así siempre que no haya fenómenos físicos que produzcan movimientos de electrones de un lado a otro que modificarían en forma transitoria esa neutralidad.

Si por algún motivo la materia pierde parte de sus electrones, resultará cargada positivamente por el predominio de la carga nuclear, contrariamente aquella que posea más electrones tendrá excedente de carga negativa.

Este tipo de fenómenos donde hay variación de cargas eléctricas que modifican la neutralidad de la materia los estudia la electrostática, que es la parte de la física que explica los fenómenos de las cargas eléctricas en reposo.

Vamos a realizar un pequeño experimento

·        Tomamos un papelito, no muy grueso.  

·        Lo cortamos en pequeños pedacitos.  

·        Frotamos contra la ropa o con un paño una regla de plástico.

·        Acercamos  al papel.

Observación

Los papelitos flotan en el aire para acercarse a la regla y se pegan unos a otros en cadena.

¿Cómo explicamos lo que acabamos de observar?

El frotamiento del material de plástico con el paño hace que se produzca transferencia de electrones de un cuerpo a otro (de paño a regla). El que recibe electrones se carga negativamente y el que los pierde queda  cargado positivamente.

La regla de material plástico tiene tendencia a tomar electrones por frotamiento de modo que adquirirá carga negativa y al acercarla a los papelitos pasara lo siguiente:

Como cargas opuestas se atraen, al acercar la regla cargada negativamente a los papeles los electrones de estos serán repelidos induciéndose  un polo positivo en el extremo del papel cercano a ella y un polo negativo en el extremo contrario (dos polos transitorios). Los papelitos  entre sí generarán el mismo fenómeno y así se encadenan atrayéndose  y pegándose unos con otros como pequeños imanes.

Como conclusión  del experimento deducimos que los cuerpos se electrizan por frotamiento cargándose positivamente si pierden electrones y negativamente si los reciben.

El vidrio tiene tendencia a ceder sus electrones al ser frotado por un paño  y en consecuencia se  cargará positivamente, el plástico, en cambio, absorbe electrones   cargándose  negativamente.

Otro modo de electrizar un cuerpo.
Cuando un objeto neutro es puesto en contacto con uno cargado eléctricamente, este último le transfiere carga eléctrica del mismo signo.     Debemos tener en claro que la materia se electriza  sólo por   movimientos de electrones. Se cargará negativamente  cuando recibe  electrones  y positivamente cuando los transfiere, quedando con déficit electrónico

·        Cuando un cuerpo negativo toma contacto con uno en estado de neutralidad le transfiere carga negativa, dicho de otro modo, le pasa electrones dejándolo negativo.

·        Cuando un cuerpo cargado positivamente toma contacto con otro neutro le quitará electrones dejándolo  con déficit electrónico es decir  con carga positiva. La apariencia es la transferencia de carga positiva pero esto no es la realidad ya que los protones nucleares no se movilizan.

Profundicemos en la explicación.

Supongamos que un cuerpo esté cargado positivamente (+) porque con el frotamiento se le han arrancado unos cuántos electrones, cuando toca a otro le quitará  electrones (por atracción) y lo cargará con electricidad del mismo signo (+).

Si contactamos a un cuerpo neutro con otro cargado de electricidad negativa

(-), o sea, con exceso de electrones, éstos se transferirán al cuerpo por contacto cargádose negativamente (-).

Concluimos que:

·        Al electrizar un cuerpo por contacto con otro, éste queda cargado con cargas de igual signo que el cuerpo que lo contacta.

·        Los cuerpos se cargan por frotamiento, inducción o contacto.

En estos fenómenos las cargas eléctricas se distribuyen uniformemente sobre la superficie de los cuerpos, pero si tienen  puntas las cargas se acumulan y se produce  lo que denominamos viento eléctrico motivado por el  poder de las puntas:

Cuando un cuerpo cargado tiene puntas, la densidad (número de cargas/superficie) en ellas es tan grande que las cargas saltan hacia el aire. Las moléculas de aire que las rodean se cargan eléctricamente con igual signo y se rechazan entre sí generando un movimiento llamado viento eléctrico.

 Una aplicación de este poder es el pararrayos, inventado por Benjamín Franklin en 1752. Está compuesto por una varilla metálica con una o varias puntas. Se coloca en los techos de los edificios altos con un cable conductor que a su vez está unido a una placa metálica que se entierra a cierta profundidad.

La nubes en los días de tormenta por frotamiento  con el viento se cargan de grandes cantidades de electricidad de un determinado signo y atraen por inducción cargas opuestas en la tierra lo que posibilita la descarga (por atracción) generando lo que conocemos como rayos que pueden tener sentido de la nube hacia la tierra o inverso.

Cuando una nube se acerca al pararrayos, le induce cargas de sentido contrario que generan un viento eléctrico y carga a las moléculas de aire a su alrededor. Éstas al alcanzar a la nube la neutralizan e impide la formación del rayo. Si este viento no llegase a la nube o la acumulación de cargas en ella es muy grande para ser neutralizada, se produce un rayo, que descarga a través del pararrayos que al estar unido a tierra evita daños.

Fenómenos cotidianos

Los días secos es muy probable que al peinarnos queden nuestros cabellos erizados. El peine frota al cabello y éstos se cargan de electricidad de igual signo de modo que se repelen entre sí y se erizan.

Muchas veces al darle la mano a otro sentimos un golpe que nos indica que veníamos cargados con electricidad estática. Seguramente, al caminar, el roce de los zapatos contra el piso, nos transmite o quita electrones.

La cinta del gimnasio genera en el material adyacente, por el roce del giro, cargas eléctricas que a veces detectamos al tocarlo.

El auto en la ruta por el frotamiento del aire se carga también de electricidad. Las colitas ruteras o cadenas sirven para descargarla hacia la tierra.

Los días de tormenta y viento las nubes por frotamiento con el aire se cargan de electricidad a veces positiva y otras negativas según hayan perdido o ganado electrones, al acercarse se descargarán mutuamente. Escuchamos tronar y observamos relampaguear.

Muchas veces sentimos crujidos cuando nos sacamos un pulóver o una blusa y hasta vemos luces si lo hacemos en la oscuridad. Esto demuestra que nuestra ropa estaba cargada eléctricamente.

Al encender la computadora o la televisión si acercamos al monitor nuestro brazo, el bello se eriza por la inducción eléctrica y si frotamos la pantalla sentimos un crujido producto de su descarga.

Orden en el orden CF N° 238_ Zonas de la Tabla Periódica

Autora: María Cristina Chaler.

Ciencia fácil                                                                Número: 238

Serie: Una mirada de la química diferente.

Otro orden dentro del orden  CF 238

Períodos y grupos

Es conveniente leer esta nota con la tabla periódica en la mano

Sabio es aquel que reconoce que sólo posee una parte muy pequeña  del Conocimiento y humildemente estudia para saciar su curiosidad, se asombra, se maravilla y cada vez se convence más de todo lo que desconoce.

En la tabla periódica de Mendeleiev los elementos están ordenados por masa  atómica creciente, coincidiendo este ordenamiento con respecto al  número atómico que se lo simboliza como Z que corresponde a la cantidad de protones que el átomo posee en el núcleo. Recordemos que ordenando de esta manera a los elementos, aparecen en forma recurrente y cada múltiplo de ocho propiedades comunes. Así sobre misma vertical llamada grupo, los átomos  presentan propiedades físico químicas semejantes.

Analicemos una tabla periódica

Los grupos fueron clasificados en A, desde el IA (1) al VIII A (18) para los elementos más representativos de la naturaleza como los metales y no metales y B del IB al VIIIB para los que presentan propiedades de transición y no extremas como los anteriores. También podemos observar otro tipo de clasificación numerando los grupos del 1 al 18 sin hacer distingos de grupos representativos o no representativos.

Los grupos IA y IIA son los metales alcalinos y alcalinotérreos, estos se caracterizan por tener  1 y 2 electrones en la última órbita, por lo tanto cuando se combinan respetando la “regla del octeto” tendrán tendencia a perderlos para adquirir la configuración del  gas  noble que le precede, de ahí las características metálicas, ya que en estas sustancias los núcleos atómicos se encuentran sumergidos en un mar de electrones que no pertenecen a ninguno de ellos y esa característica de movilidad de electrones les dará las propiedades físicas de brillo, conducción de la electricidad y del calor. Se combinarán rápidamente con el oxígeno es decir se oxidarán cediéndole sus electrones, y éste los tomara para completar su octeto y ser isoeléctrico con el Neón que es el gas noble siguiente en el período que se encuentra el oxígeno que sólo posee seis electrones en el último nivel.  

Estas sustancias, los metales serán de gran utilidad para el hombre ya que con ellas  se podrán fabricar chapas, hilos y se los moldeará con facilidad pues la estructura de núcleos con electrones flotantes los hace dúctiles (capaces de formar hilos) y maleables (capaces de convertirse en chapas).

Los metales abundan en la naturaleza sobre todo en el reino mineral, algunos se encuentran libres y otros están siempre combinados con otros átomos, a veces formando óxidos o sales. El hombre hace uso de ellos para aumentar su confort y para avanzar en su progreso. Su aplicación es amplia, y su uso es masivo en distintas industrias y tecnologías. Ya a los 3000 años antes de cristo (AC), en la edad del bronce, el hombre    comenzó a usar los metales y sus aleaciones. En 1963 se descubrió en Alicante (Villena) un tesoro prehistórico de 66 piezas entre las cuales había dos cuencos que databan aproximadamente 1600 años AC.

Continuando con el orden, encontramos separados por los elementos de transición  a los grupos no metálicos. Estos poseen 3, 4, 5, 6 y 7 electrones en el último nivel y por supuesto, tendrán  mayor carácter no metálico los últimos grupos, porque compartiendo tres, dos y un electrón ya adquieren la configuración del noble que les sigue en el período. Estos grupos tienen propiedades casi opuestas a los que describimos anteriormente, ya que no necesitan ceder electrones sino que deben recibirlos  y justamente por esa razón, cuando se unen entre ellos comparten electrones, completan su octeto y forman compuestos covalentes. Gran parte de la naturaleza está formada por este tipo de sustancias que  prestan utilidad en distintas áreas de la industria y de la medicina. Abundan más en el reino vegetal y forman las moléculas biológicas que necesitamos para vivir. A veces se encuentran asociados a metales para cumplir con determinadas funciones.

Si continuamos observando la tabla periódica…, veremos una especie de escalera que comienza en el Boro y termina en el Astato debajo de ella se encuentran los átomos que tienen una estructura eléctrica de no metales pero que  se comportan en múltiples ocasiones como metales, incluso el hombre los utiliza y manufactura como tales, como por ejemplo el Aluminio y el Plomo. 

Entre estos grandes grupos que acabamos de describir, hay unos elementos (grupos B) (grupos del  3 al 12) que poseen propiedades algunas veces metálicas y otras no metálicas por ello se los llama elementos de transición. Algunos de estos en la vida cotidiana,  son reconocidos por sus propiedades metálicas como el Cobre (Cu), Níquel (Ni), Hierro (Fe), Oro (Au), Platino (Pt), la Plata (Ag), Cromo (Cr) pero cuando los investigamos más profundamente, en ciertas ocasiones trabajan como no metales sobre todo a nivel químico.

Ya habíamos hablado en reiteradas oportunidades de un Universo que mantiene en la intimidad de la materia un sutil equilibrio, siempre que no haya factores externos que lo aparten bruscamente del mismo, pero aunque así lo hubiera, compensará a esa fuerza exterior oponiéndose de modo de restablecerlo, por lo tanto el paso entre metal y no metal  no es brusco sino que se da través de los elementos de transición.

A medida que se avanza en la tabla periódica por las secuencias horizontales (período) las propiedades van cambiando gradualmente, y a partir del cuarto período aparecen los elementos de transición que contribuyen a este cambio gradual.

Los  distinguidos Nobles (grupo 8A) (grupo 18) permanecen en la inercia química  ya que la naturaleza les concedió el privilegio de poseer la ultima órbita completa (2 en el caso del helio y  8 en el resto) por lo tanto no tienen necesidad de combinarse. La inercia química los caracteriza y también reciben el nombre de Gases Inertes.

Todos los elementos de la tabla periódica se combinan entre sí para formar sustancias donde cada uno de los átomos se encuentre con su octeto completo. 

Por supuesto que si  algún elemento por excepción no cumple con la regla del octeto (BF3)(trifluoruro de Boro) estará permanentemente buscando en las reacciones químicas el par electrónico faltante y se estabilizara, sólo cuando lo encuentre.

La regla del octeto es casi universal y sus excepciones no descansan hasta cumplirla.

El hidrógeno, en la tabla, no ocupa un lugar determinado ya que en algunos momentos comparte electrones como en el caso del agua y en otros los recibe como cuando se combina con un meta formando hidruros.

Este elemento en  la química, es como el cero en las matemáticas, un punto critico principio y fin de grupos y con características propias.

Conocer aquello que nos rodea permite conocernos mejor a nosotros mismos y viceversa. La naturaleza presentó al hombre misterios que la ciencia fue descubriendo, pero estas revelaciones generaron a su vez otros misterios que aún están por descubrirse.

El hombre no crea, sólo descubre.

Un puente para un estado CF N° 237 ( Sistemas materiales)

Autora: María Cristina Chaler

CIENCIA FÁCIL                          Número: 237

Un Puente que facilita a un estado.
  Serie: Una mirada de la química diferente. 
La atracción de las moléculas en el espacio, genera  los diferentes estados de la materia: líquido sólido o gaseoso. Cuando esta atracción es tan fuerte que las inmovilaza  de modo que ocupan  lugares fijos con muy poca posibilidad de desplazamiento, el estado que se presenta en esa sustancia será  sólido. Cuando la fuerza de atracción es mediana, las moléculas se acercan, fluyen unas sobre otras y así la movilidad de las mismas no está tan restringida presentándose el estado  líquido y cuando  la  atracción  no existe y la movilidad es máxima  el estado será el gaseoso.

Además de la atracción motivada  por la asimetría de la nube electrónica molecular que conforma dipolos permanentes, hay una unión muy especial que es la llamada puente de hidrógeno y que se produce cuando una molécula además del dipolo  posee un átomo de hidrógeno, esto  hace que se establezca a través de él un “puente” entre moléculas que potencia la atracción de las mismas y genera una fuerza adicional transformando a la sustancia en macromolécula y ampliando la red de unión entre ellas.

Esta unión se presenta en la naturaleza en diversas circunstancias y resulta ser de mucha utilidad  para la vida. El agua es una sustancia imprescindible  y sobre todo necesaria en estado líquido. No hace falta mencionar lo útil que nos resulta como alimento, como recreación, en la higiene, en las  industrias, en el riego y en muchísimas aplicaciones más que serían imposibles de mencionar. Si no existiese este tipo de unión que refuerza la atracción molecular, no la encontraríamos  jamás en estado líquido a temperatura ambiente ya que se trata de una molécula sumamente liviana por ser muy pequeñita y sólo se presentaría en estado gaseoso. El hecho de que esta sustancia sea una molécula polar donde la zona negativa se localiza sobre el átomo de oxígeno y las positivas sobre los átomos de hidrógeno (H2O) hace que se forme este puente muy especial donde el hidrógeno es intermediario e enlaza con el oxígeno, de modo que a pesar de su pequeñez  se presenta en nuestro planeta a temperatura ambiente en estado líquido, pues por medio de esta unión, se forma una red de moléculas que le dan una gran estabilidad a este estado. Para pasar al vapor, se necesitará una energía enorme, primero para romper el puente de hidrogeno, luego la atracción polar de molécula con molécula y finalmente desprender la sustancia del estado liquido y transformarla en gas. Recordemos que el punto de ebullición del agua es de 100 grados que demuestra que mucha es la cantidad de energía que debe absorber esta sustancia para cambiar de ese estado  tan abundante en la naturaleza.

El puente de hidrógeno, forma parte de muchas moléculas y modifica propiedades de gran variedad de sustancias. Las proteínas que conforman la materia orgánica de los seres vivos se   estabilizan a través de esta unión, dándole la  forma (estructura) que necesitan para cumplir determinadas funciones en los organismos vivos. De la estructura de las proteínas depende el trabajo biológico que realicen, una pequeña modificación de su forma cambia en totalmente su función y genera una enfermedad. 

  

Pasa lo mismo con la molécula de ADN, su forma se encuentra estabilizada por puentes de hidrógenos y de ella depende el buen funcionamiento de esta molécula generadora de vida y transmisora de los caracteres básicos de cada especie y de las características individuales de cada uno de los diferentes individuos.

Los gases se licuan
Otra unión, que se suele dar en moléculas no polares es la llamada de dipolos transitorios o Fuerzas de London, este tipo de unión permite que a  bajas temperaturas, cuando  las nubes electrónicas de las moléculas  se mueven  más lentamente por el frió, se generen asimetrías y  como consecuencia  los llamados dipolos transitorios que favorecidos por la alta presión que provoca el acercamiento de las moléculas entre sí   facilitan la atracción  y en consecuencia el pasaje del estado gaseoso al líquido. Los gases licuados tienen una amplia aplicación en industria, medicina e investigación y son más fáciles de almacenar porque en este estado ocupan menos lugar.

El estudio de la ciencia y el descubrimiento de las causas de ciertos fenómenos físicos y químicos, nos convence cada día más de la pequeñez humana.

La materia nos sorprende ( estados de la materia) CF 236

Autora: María Cristina Chaler.

CIENCIA FÁCIL N° 236
Serie: Una mirada de la química diferente. 
La materia no deja de sorprendernos
Aquello que se muestra tan diferente  en su  esencia es similar.

 Los noventa y dos elementos que ordena  la tabla periódica se combinan entre si formando toda sustancia que nos rodea y presentándose ante nuestros ojos de diferentes formas, colores y estados. La diversidad del mundo material es inconmensurable pero las causas de ella son extremadamente simples. El hombre percibe una diversidad que no es tal.

Todo es energía eléctrica, cargas positivas en los núcleos atómicos y electrones neutralizando  alrededor. Las  diferentes combinaciones atómicas dan como resultado la diversidad del mundo material que nos rodea. Átomos combinados  de distinta manera forman moléculas con formas diversas. Estas moléculas  se atraen entre sí  eléctricamente, y de ese tipo de atracción  surgen los distintos estados de la materia conocidos como: sólido, líquido y gaseoso.

La unión entre moléculas, se produce como consecuencia de la electricidad. La  nube electrónica que rodea  a los núcleos genera atracciones entre ellas y la consecuencia inmediata  son los diferentes estados de la materia. Cuando  poseen una nube asimétrica se forman zonas con menor densidad de electrones o positivas y otras con mayor densidad  o negativas dando lugar a los llamados dipolos permanentes. Estos dipolos se forman por  la posición de los átomos en el espacio, geometría molecular,  o bien  por la  mayor o menor tendencia que posee cada núcleo hacia sus electrones (electronegatividad).

Una  sustancia polar está formada por millones y millones de moléculas y éstas se atraen  entre sí a través de sus dipolos, la parte positiva de una  a la negativa de la otra y viceversa, cuanta más fuerte sea este fenomeno mayor  tendencia tendrán a estar juntas en el espacio y esto favorece a lo que conocemos como estado líquido  o sólido. Si a pesar de la atracción, se pueden mover con cierta facilidad   y fluyen unas sobre otras, el estado de esa  materia es líquido. Si las moléculas ocupan lugares fijos   y con movilidad   pobre,  significa que  la  atracción es muy intensa  y se conformará el estado sólido. Nuevamente la ciencia confirma que la electricidad sigue siendo la causante de la diversidad del planeta.

Las moléculas, que tienen una nube electrónica simétrica, con cargas negativas  distribuidas uniformemente alrededor de los núcleos atómicos no formaran dipolos y en consecuencia   no se atraen, se mueven libremente en el espacio y generan el conocido estado gaseoso.

¿Por qué una misma sustancia en nuestro planeta puede encontrarse en los tres estados?

El  agua  es el mejor de los ejemplos ya que en nuestro planeta se presenta como líquido, hielo o vapor.

El estado de una sustancia no sólo depende de todo lo que enunciado sino también de la influencia de los factores climáticos como la presión atmosférica y   la temperatura ambiente.

Cuando la presión, fuerza que ejerce la columna atmosférica sobre la superficie del planeta, aumenta se favorece la atracción molecular pues “aprieta”  y acerca entre si a las moléculas que se “pegaran” con mayor facilidad favoreciendo la formación del estado líquido o sólido. La temperatura también ejerce su influencia,  el frío hace que las moléculas absorban menos energía  y en consecuencia tendrán menor movimiento  espacial, que favorece  la atracción y la tendencia al estado líquido o sólido.

El agua a temperatura ambiente se presente como líquido, pero una vez que llenamos la cubetera y la colocamos en el refrigerador, cuando alcanza la temperatura de cero grado (punto de fusión) comienza a solidificarse y se transformara en hielo. Igualmente al calentarla, a los 100 grados (punto de ebullición) comenzara a “hervir”, pues las moléculas serán capaces de  vencer a la atmósfera que las presiona y así  pasaran al estado gaseoso. Cada  sustancia en la naturaleza posee como documento de identidad su punto de ebullición y de fusión. No hay dos sustancias que coincidan en estas temperaturas y a través de estos valores se las puede identificar, Si   un líquido posee una temperatura de ebullición   de 100 grados y se hace sólido  a cero grado podemos asegurar que es agua pura.  

Los líquidos no pasan al estado gaseoso exclusivamente en el momento de la ebullición, hay pasaje al estado gaseoso en forma permanente y este proceso se denomina evaporación. Ello  es posible porque en la superficie de un líquido siempre hay moléculas que se pueden escapar usando la energía que toman del medio ambiente.

Una curiosidad que nos lleva a meditar sobre la superioridad de la Naturaleza frente al hombre.
 
El agua es el único líquido que cuando se  enfría sus moléculas se colocan en una posición  espacial  que hace  que aumente  el volumen de la masa  y en consecuencia disminuya su densidad  (relación entre masa y volumen). El hielo flota por encima del líquido.  Esta propiedad permite que en los lagos de los países de clima frío, cuando se congelan en invierno, la masa de hielo formada quede flotando,   preservando al bioma (seres vivientes) del lugar y a su vez  conservando el calor interno de la laguna. Si sucediera lo contrario cada invierno moriría todo ser viviente y no se darían los ciclos de vida a lo largo del tiempo.

 Estos procesos naturales parecen diseñados inteligentemente por la Naturaleza.

Misterios escondidos en el orden CF 235

Ciencia fácil Número: 235

Serie: Una mirada de la química diferente.
Autora: María Cristina Chaler

Misterios escondidos en el orden.

Los noventa y dos elementos que se combinan entre sí para formar todas las sustancias de nuestro mundo fueron ordenados en un determinado momento de la historia de la química y de este ordenamiento surgieron consecuencias asombrosas.

Los elementos se van descubriendo a través de la historia, desde que al hombre se le presenta la necesidad de utilizarlos, sin saber siquiera qué eran, ni de qué estaban formados, pero

hacia 1862, a Alexandre-Emile de Chancourtois, geólogo especialista en minerales, nacido en Francia en 1820, se le ocurrió ordenarlos por masa atómica creciente y observó que periódicamente había elementos que poseían propiedades parecidas, como el Selenio (Se) y el Azufre (S) con respecto al Oxígeno (O). Esta coincidencia de propiedades se la atribuyó a una multiplicidad de las masas con respecto al oxigeno. Propuso una tabla tridimensional de avanzada en donde los elementos se ubican a lo largo de un cilindro sobre una diagonal de 45 grados, generando una especie de espiral. Como en ese momento, resultaba complicada su impresión, no llegó a popularizarse y quedó en el olvido.

Dos años más tarde John Newlands observó que al ordenar los átomos de acuerdo a las masas atómicas crecientes, el octavo elemento repetía las propiedades químicas del primero y a esto lo llamó Ley de las Octavas: cada ocho elementos las propiedades resultan similares. Aquí se observa y no de casualidad un punto de contacto entre la Ciencia y el Arte musical.

En 1869 Dimitri Mendeleiev propuso una ley periódica bidimensional que se popularizó por la practicidad en su impresión, hasta el día de hoy se utiliza en el mundo de la química. Expresa que las propiedades de los átomos se repiten Periódicamente y ordena en ese momento alrededor de 60 elementos por sus masas atómicas crecientes y la genialidad que se le atribuye es que en algunas casos dejó huecos para que en el futuro los ocupasen elementos que aún no estaban descubiertos, de los cuales se podían predecir las propiedades por su ubicación en la tabla.

En la actualidad se sabe que las propiedades químicas de los átomos, no dependen de su masa sino de la cantidad de protones (cargas positivas) que hay su núcleo, que coincide en el átomo neutro con los electrones que giran alrededor de éste.
Los elementos cuando se combinan entre sí, trabajan con la última capa electrónica y tienden a estabilizarse con la configuración electrónica de los Gases Nobles.

Si tienen pocos electrones en su último nivel, como en el caso de los metales (uno o dos electrones) o bien 3(tres) como los elementos del grupo del Boro (B), tenderán a perderlos para quedarse con la órbita anterior que generalmente está completa con 8 electrones y así alcanzar la inercia del Noble que le precede.

Los átomos con estas características son los conocidos metales propiamente dichos o bien elementos con propiedades metálicas.

• Conducen fácilmente la electricidad ya que su flujo de electrones es constante pues el material no los retiene para estabilizarse.

• Brillan frente a la luz.

• Conducen el calor con facilidad

• Se combinan fácilmente con el oxígeno. Se oxidan, porque cuando lo hacen ceden electrones que le permiten al oxigeno completar su octeto.

Si los elementos poseen más de tres electrones en el último nivel, tenderán a captar para completar el octeto y semejarse a los Nobles que le siguen en la secuencia horizontal de la tabla (período). Estos son elementos con propiedades opuestas a los metales y reciben el nombre de no metales, tienen tendencia a retener electrones. son parte complementaria e importante de la naturaleza y forman combinándose entre sí o con los metales, una gran variedad de sustancias útiles para la humanidad.

Una nueva propuesta de Orden



El hidrógeno es para los elementos, como el cero es para los números reales. No ocupa un lugar fijo en la Tabla de Mendeleiev pero en esta propuesta constituirá un lugar de importancia: el vértice de una especie de pirámide espiralada y tridimensional para nuestro mundo que podríamos llamarla multidimensional para el Universo. Se estabiliza electrónicamente con la configuración del Helio.

En el Universo, el hidrógeno es el primer componente.

El resto de los elementos, en el caso de los metales propiamente dichos tienden a los gases Nobles que le preceden, perdiendo sus electrones exteriores y quedando con sus octetos completos, esto provoca una rotación en sentido horario sobre una “semiespira espacial”.

Los no metales tenderán hacia los Gases Nobles que les siguen en el periodo de modo que su rotación será anti horaria.

Los elementos de transición forman parte de la inexplicable multidimensionalidad ya que electrónicamente poseen niveles internos incompletos pentadimendionales en donde se ubican los electrones entrantes (subnivel d) En este planeta de tres dimensiones cuando actúan como simples metales, rotarán en forma horaria y cuando no es así su rotación será contraria, estos elementos no son representativos y se manifiestan químicamente a veces como metales y otras como no metales, son anfóteros.

Los elementos de transición interna forman parte de la séptima dimensión

(Subnivel f) imposible de comprender dentro de estas tres dimensiones y llegando a ella solo a través de complicados cálculos matemáticos y probabilisticos. Nos sirven como prueba de multidimensionalidad del interior de la materia que constituye el mundo y el universo que nos rodea.

Volviendo a nuestro planeta tridimensional y en este mundo “comprendido” por casi todos nosotros los Nobles son el tronco atractor de los elementos de la Tabla y ocupan la vértebra de la “pirámide”.

La mayoría de las reacciones químicas de nuestro planeta se producen motivadas por las tendencias de cada átomo a adquirir la configuración electrónica de su gas noble afín.


La “espira o espiral” Multidimensional, es el modo que tiene la naturaleza para crecer con menor gasto de Energía y es la regente de múltiples fenómenos.