Índice:

Semana

1 Nuestra Química de cada día

2 Instrumentos utilizados en Química

3 Propiedades de la materia

4 Sistemas materiales: mezclas, soluciones y sustancias

5 y 6 Disoluciones

7 ¿De qué están hechas las cosas?

8 Isótopos

9 Enlaces Químicos

10 Polímeros y Plásticos: relación estructura-propiedades

Semana 1: Nuestra Química de cada día

La Química, como disciplina científica, tiene en múltiples procesos de la vida cotidiana. Aunque no siempre nos demos cuenta de ello, la Química es una protagonista ineludible de nuestras vidas y de las generaciones futuras.

Algunas de las actividades que desarrollará en el estudio de este año le permitirán reconocer diferentes propiedades de los materiales de uso cotidiano y las relaciones que la Química establece entre la estructura de la materia y sus propiedades; podrá comprender cambios químicos que utiliza a diario en su casa, que se producen en su organismo o que la industria aprovecha para darle más confort y nuevas comodidades. Otras le llevarán a utilizar el lenguaje especial que se usa en el campo de la Química. También se incluyen actividades de integración y evaluación, para que usted pueda ir constatando sus logros a medida que avanza en el estudio.

Creemos que los conocimientos y habilidades que adquiera lo ayudarán a convertirse en un ciudadano mejor informado, partícipe de un mundo que cada vez se vuelve más complejo en los aspectos tecnológicos y le permitirá reflexionar y elaborar, como mínimo, una posición crítica respecto de los riesgos y beneficios que esta ciencia y los que trabajan para su desarrollo aportan a la humanidad.

En las conversaciones cotidianas puede aparecer la palabra “química” con diferentes connotaciones, no siempre positivas. Por ejemplo, cuando se quiere desvalorizar a un alimento procesado, suele exclamarse “¡esto no es natural... está lleno de químicos!”. Con la palabra “químicos”, quienes no tienen conocimientos sobre el tema identifican a las sustancias sintéticas, aquellas que la naturaleza no provee, pero olvidan, o no saben, que muchas de las sustancias naturales son idénticas a las fabricadas en el laboratorio.

Todo lo que comemos son mezclas de “químicos”, tanto la leche recién ordeñada como la leche en polvo; la vitamina C de las naranjas es idéntica a la que compramos en la farmacia. Es más, nuestro propio cuerpo es un conjunto enorme de “químicos”, o dicho con más propiedad de sustancias, que en su continua transformación hacen posible la vida. Por ende, en el origen de las enfermedades está la química y en su curación también. Pero, aunque usted se encuentren entre aquellos que no tienen a priori una imagen negativa sobre la química o sobre los que producen el conocimiento de la misma, ¿qué partido tomaría frente a ciertos hechos donde ambos son algunos de los protagonistas?

¿Qué partido tomar cuando se contaminan los océanos por derrames de petróleo de los buques cisterna?

¿Habría que prohibir el consumo de los combustibles fósiles o sus derivados, naftas, carbones, gasoil?

¿La celeridad de la vida moderna admitiría la vuelta al uso de la tracción a sangre en los medios de transporte?

¿De qué lado ponerse cuando se alerta sobre el calentamiento del planeta, con el consiguiente derretimiento de los casquetes polares, debido a la acumulación de gases provenientes de la actividad industrial?

¿Es posible retornar a la producción artesanal de bienes materiales con una población mundial demandante en continuo crecimiento?

Vale la pena recordar el explosivo crecimiento demográfico: la población mundial ha pasado de menos de 2 mil a casi 6 mil millones de personas en un siglo. ¿Dejaríamos de utilizar fertilizantes que permiten aumentar la producción de granos para alimentar a esa creciente población? ¿Volveríamos a curar nuestras enfermedades con pócimas de secreta composición, hierbas y conjuros mágicos como en la Edad Media? Aquí seguramente la toma de posición es menos dubitativa. Nos consta que el aumento del promedio de vida se debe a la medicina preventiva (uso de vacunas y medios de diagnóstico

adecuados), a la mejor alimentación, a la provisión de agua potable y al desarrollo de medicamentos cada vez más específicos y exitosos.

Podríamos seguir dando ejemplos de este delicado equilibrio riesgo-beneficio, donde la Química y sus hacedores parecen ser unas veces el villano y otras el héroe de la película.

La química estudia el mundo material que nos rodea. Llamamos mundo material a todas las formas en que la materia se presenta en nuestro universo. Forman parte de él tanto el aire que respiramos como el agua de ríos y mares, los objetos y los diversos seres vivos que pueblan la tierra. El estudio minucioso de la composición de la materia que constituye a todos los cuerpos de nuestro mundo lleva a la explicación de sus propiedades y comportamiento. Ese conocimiento nos permite utilizar la materia y sus transformaciones en nuestro propio beneficio.

Semana 3: Propiedades de la materia

Si usted mira a su alrededor la habitación en que se encuentra, notará que está rodeado de diferentes objetos que sirven para su confort, su vestimenta, su alimentación, en fin, su vida. Podríamos decir que está rodeado de diversas formas de materia, que tienen peso, ocupan un lugar en el espacio y están hechas de diferentes materiales, entendiendo por tal aquello que se usó para fabricarlos.

a :| Haga una lista de por lo menos 10 de esos objetos que lo rodean, indicando en cada caso el material de que está hecho.

b :| Analice la lista que acaba de terminar. Señale al lado de cada objeto las características del material que lo compone, ¿por qué esas características le parecen importantes para haber elegido ese material en la fabricación de ese objeto?

d :| Hay vasos de diferentes materiales: de vidrio, de metal, de plástico ¿Cuál será más adecuado para darle a un niño pequeño? ¿Por qué?

e :| Las toallas que usamos son en general de algodón, un material que absorbe bien el agua, ¿Sería conveniente cambiar el algodón por el nylon como material para las toallas? ¿Por qué?

Las características que acaba de indicar en su lista corresponden a propiedades destacables de cada material, que lo diferencian de otros y lo hacen apto para determinados usos.

Propiedades y usos

Todos tenemos en claro que se eligen determinados materiales para ciertos usos. Las esculturas de hielo que a veces se realizan para adornar, son muy vistosas, pero nadie pensaría en realizar una duradera obra de arte en hielo, trataría de usar un material como el mármol o el bronce.

Algunas propiedades, como la ductilidad, maleabilidad, viscosidad, densidad, solubilidad, combustibilidad, conductividad eléctrica, dependen del tipo de material en estudio, sin tomar en cuenta la cantidad de material disponible, se denominan propiedades intensivas. Existen en cambio otras propiedades de los materiales, como su masa o el volumen que ocupan, que sí dependen de la cantidad de material que se estudie: son las propiedades extensivas.

Identifique según corresponda las propiedades y/o los materiales utilizados:

a :| ¿Qué propiedad del vidrio lo hace adecuado para colocar en las ventanas?

b :| El agua no es útil para sacar manchas de grasa, se usan para ello otros líquidos como la nafta. ¿Con qué líquido puede eliminar de su camisa una mancha de bolígrafo? ¿Qué propiedad de estos diferentes líquidos utiliza en cada caso?

c :| Las latitas de gaseosas o cerveza se fabrican de aluminio. ¿Qué propiedad de este material lo hace útil para ese uso?

d :| ¿De qué material están hechos los cables para instalaciones eléctricas? ¿Con qué material están recubiertos estos cables? ¿Qué propiedad le parece que se aprovecha en cada caso?

e :| ¿Por qué conviene que las manijas de las cacerolas no sean de metal sino de madera o plástico?

Semana 4: Sistemas materiales: mezclas, soluciones y sustancias

La mayor parte de la materia que nos rodea existe como mezclas; por ejemplo. Cuando tomas un rico leche con chocolate, estas bebiendo una mezcla de azúcar, te y chocolate. El agua de la canilla también es una mezcla, ya que contiene diversas sustancias disueltas. ¿Una hamburguesa será una mezcla? ¿Puedes mencionar sus componentes? ¿y las papas fritas? …

Algunas de estas mezclas pueden ser homogéneas. En ellas, sus componentes se encuentran distribuidos de manera uniforme, en ellas se pueden observar una sola fase. Ejemplo: las disoluciones

Otras mezclas pueden ser heterogéneas. En ellas los componentes se encuentran NO se encuentran distribuidos de manera uniforme y se distinguen con facilidad, ya que se separan formando dos o más fases. Ejemplo: Agua y aceite.

Si separamos los componentes que forman las mezclas en los ejemplos anteriores, encontramos algunas sustancias que ya no son mezclas, porque no pueden separase en otras más sencillas, se trata de sustancias puras. Llamamos sustancias puras a aquellas que no presentan contaminación y tiene propiedades físicas y químicas bien definidas. A este grupo pertenecen aquellas sustancias formadas por un solo elemento (ya sea que se trate de átomos o moléculas), pero también aquellas moléculas formadas por varios elementos.

En el dibujo observaras modelos de representación que corresponde a la teoria cinético-molecular. Donde, las sustancias puras estan compuestas por partículas son iguales, pero distintas de las partículas de otras sustancias puras. En cambio, las mezclas tienen componentes diferentes.

Pero… ¿Cómo sabremos cuando un material es heterogéneo? Cuando podemos detectar a simple vista, con ayuda de una lupa o un microscopio, dos o más parte que lo forman. Un ejemplo común es la sangre, el cual al verla mediante un microscopio podemos darnos cuenta que es heterogénea, porque distinguimos las partes que la forman (células sanguíneas y plasma). Otro ejemplo es la composición que presenta una montaña de granito, pues si obtenemos un trozo de roca de ella podremos distinguir su composición y probaremos que es heterogénea.

Observa y analiza tus útiles escolares y haz un listado con los que consideres materia homogénea y otro con los que consideres materias heterogénea.

Semana 5 y 6 : Disoluciones

Hemos visto que algunas de las propiedades que presentaban ciertas sustancias era su capacidad de disolución. Pero ¿Sabes qué es una disolución? ¿El agua de mar es una disolución? ¿Qué tipos de disoluciones conoces y cuáles usas en la vida diaria?

El estudio de las disoluciones es de gran interés e importancia, porque muchos de los fenómenos de la naturaleza están relacionados directamente con ellas. Por medio de procesos de disolución, los vegetales distribuyen los materiales necesarios para su nutrición, desde las raíces hasta las hojas y además almacenan el almidón y el azúcar en los tubérculos y los frutos. Algunos ejemplos de disolución son:

Una gran variedad de los medicamentos son disoluciones acuosas. La mayoría de los reactivos empleados en el laboratorio de análisis químico son disoluciones Las disoluciones también forman parte de los procesos de digestión, ya que los alimentos son

solubles en agua y transportados por la corriente sanguínea a los diferentes tejidos. La concentración de sales en el mar y la desintegración de rocas son también el resultado de la

acción disolvente del agua que forma diluciones.

La disolución de unas sustancias en otras, que en la mayoría de los casos se dan en forma líquida y en forma gaseosa, y de manera reducida en forma sólida, es lo que hace posible que se realicen muchas reacciones químicas.

Las disoluciones son mezclas ópticamente homogéneas de dos o más sustancias en proporción variable, no se observa diferencia entre ellas ni siquiera en el microscopio.

Según la teoría cinético-molecular, en las disoluciones las partículas de los componentes están mezcladas entre sí. La observación macroscópica (a simple vista) no permite distinguir un componente de los otros.

En cuestión de terminología, disolución y solución son sinónimos. En las disoluciones encontramos dos componentes: soluto y disolventes.

Soluto: componente que se encuentra en menor proporción Disolvente: componente que se encuentra en mayor proporción.

Averigüe cuál será el solvente y cuál o cuáles los solutos en las siguientes soluciones: vino, vinagre, gaseosa, soda, plata 900

El tipo más común de disolución es el de sólido disuelto en líquido. Sin embargo, la materia se presenta en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseosos, y por lo tanto existirán disoluciones sólidas, líquidas, gaseosas

Mezcla disolvente soluto Ejemplo

Gaseosa GasGas N2 y O2 en el aire. Gas naturalLíquido Aire húmedosólido Humo ( Carbón en el aire)

Líquido LíquidoGas O2 disuelto en H2O. Refrescos: CO2 en H2OLíquido Alcohol etílico. Vinagre. CH3CH2OH en H2OSólido NaCl en H2O. Agua del mar. Salmuera. Azúcar en el café líquido

Sólido Sólido

Gas H2 en Pd (Paladio) El hidrógeno es absorbido fácilmente por el paladio y se difunde a una velocidad relativamente rápida cuando se calienta. Esta propiedad se aprovecha en los purificadores de hidrógeno, que dejan pasar este gas, pero no otros.

Líquido Almáganas Hg – Au: Sirve por lo común para dorar el cobre, el latón y también la plata.

Sólido Aleación Ag en Pb: soldaduras blandasAleación de Cu en Au: Oro rojo: Aquí las proporciones son 750 g de oro fino y 250 g de cobre

Observa con atención los ejemplos de los distintos tipos de disoluciones que se muestra en el

cuadro anterior y contesta las siguientes preguntas, explicando en cada una tu respuesta:a) ¿Cuáles de ellas consideras que son nocivas y por qué?b) ¿Cuántas de ellas son benéficas para el hombre o el ambiente?c) Elabora un listados con otros ejemplos sobre los tipos de disoluciones que conozcas

En función de la cantidad de soluto que contiene, las disoluciones se clasifican en :

⤷ Diluida: contiene poca cantidad de soluto⤷ Concentrada: contiene gran cantidad de soluto⤷ Saturada: es cuando se aumentó más soluto en un solvente a mayor temperatura de la normal.

Y al enfriarse las solución parte del soluto queda en el fondo sin disolverse.⤷ Sobresaturada: cuando se tiene mayor cantidad de soluto que solvente, se necesita calor para

que se pueda disolver.

Concentración de una disolución:

Es necesario encontrar una forma de describir cómo está hecha una determinada disolución, independientemente de la cantidad de ella que tengamos, indicando qué proporción de soluto y disolvente contiene.

A este dato le llamamos “concentración de una disolución” y hay muchas formas matemáticas de indicarla. Todas ellas incluyen la información acerca de qué cantidad de soluto hay en una determinada cantidad de disolvente o de disolución.

⤷ Disolución en porcentaje en masa o peso : debemos medir la cantidad de soluto y de disolvente en una misma unidad de masa, por ejemplo: gramos. La masa total de nuestra mezcla será la suma de las de soluto y disolvente y representará el 100% de la disolución.

⤷ Disolución en porcentaje en volumen :la cantidad de soluto y el total de disolución deberá expresarse en la misma unidad de volumen y la expresión matemática para el cálculo es el siguiente:

Cuidado: es posible que el volumen de la disolución no sea igual a la simple suma de los volúmenes de solvente y disolventes. Ya que al juntar dos líquidos las partículas que los conforman pueden atraerse entre ellas y acomodarse de forma tal que el total del volumen sea un poco diferente a la suma de los volúmenes por separado.Un ejemplo: al poner 10mL de alcohol en 90mL de agua, no necesariamente tenemos 100mL de muestra (aunque en estas cantidades pequeñas la diferencia sean poco perceptibles). Entonces, si queremos tener 100ml de disolución al 10% de alcohol en agua, colocaremos 10mL de alcohol en un recipiente para medir volumen y lo completaremos con agua hasta tener 100 mL de mezcla. EL volumen de agua añadido no habrá sido necesariamente de 90mL.

a) Calcular el porcentaje en masa de una disolución que contiene 15g de ClNa (sal) en 85g de H2O (agua)

b) ¿Cuál es el porcentaje en masa de la disolución de 10g de azúcar en 40g de H2O (agua)?c) Calcula el porcentaje de volumen de una disolución que tiene 12 mL de alcohol y se completa

con H2O (agua) hasta 100 mL.d) Una cerveza en su etiqueta dice: “concentración alcohólica: 6% en volumen” ¿qué significa ese

dato? Si usted bebe el contenido de una botella de esta cerveza, es decir 750mL ¿Qué cantidad de alcohol ha ingerido?

e) Una tintura de cabello posee una concentración de 3.5% de peróxido de hidrógeno (H2O2 o agua oxigenada) ¿cuánto peróxido de hidrógeno hay en 1L de tintura para el cabello?

f) ¿has hecho una limonada usando una disolución preparada a la que tienes que agregar agua en el volumen que te señala la etiqueta? Esto indica la concentración de la dilución, que te permitiría obtener una limonada de rico sabor… pero: ¿qué pasaría si en las indicaciones para la elaboración de la limonada se aumentara el volumen de este producto? ¿alteraría su sabor y

su apariencia?

Como indica el cuadro, diferentes bebidas contienen distinta cantidad de alcohol. Pero no hay que olvidar que el volumen de bebida es tan importante como el porcentaje de alcohol que tiene. Le mostramos ahora algunos datos interesantes, acerca de la cantidad de bebida que contienen diferentes recipientes usados habitualmente:

Un balón de cerveza: 285 mL Una copa de vino: 125 mL Una copita de jerez: 50 mL Una medida de whisky: 25 mL

Utilice los datos de la tabla anterior y el contenido de los diferentes vasos de bebida para determinar en qué caso se ingiere más alcohol. ¿qué conclusiones obtiene de tus resultados?

A lo largo de los temas desarrollados en esta Unidad, usted se ha adentrado en el mundo de la Química, partiendo de sus propias experiencias con el mundo que lo rodea. Hemos presentado una serie de conceptos que seguirá empleando en el resto del Módulo, ya que forman la base sobre la que se construye el conocimiento de esta disciplina. También los seguirá empleando en su vida diaria, donde podrá discutir determinados temas que aparecen con frecuencia en los diferentes medios de comunicación o en las conversaciones, con una postura sostenida en una mejor comprensión de los fundamentos científicos que la avalan.

Semana 7: El átomo y sus modelos

El agua funde a 0 ºC, en cambio el hierro recién lo hace a 1539 ºC. ¿Qué diferencia a las partículas de agua de las partículas de alcohol o las de hierro? ¿Por qué hay tanta diferencia en las propiedades intensivas, tanto físicas como químicas, de distintas sustancias? ¿Por qué algunas sustancias se descomponen y otras no?

Estas interesantes preguntas fue motivo de reflexión desde la antigüedad. Ya los filósofos de la antigua Grecia dedicaban parte de sus pensamientos buscando las respuestas. Se le atribuye a Demócrito ( 460 a.C -370 a.C) la idea que la materia (es decir todo aquello que es tangible) está compuesta por pequeñas partículas inobservables a las que llamó “átomos”, palabra que, en griego, dignifica “invisible”. De esa manera, se quería dar a entender que el átomo es la mínima porción de materia.

Unos dos mil doscientos años después de Demócrito, el científico inglés John Dalton (1766-1844) retomó la teoría atomista, pero en contexto científico experimental moderno, para explicar ciertas observaciones del comportamiento de la materia. Y la noción de elemento fue adoptada para describir todo tipo de materia que no se descompone en otros tipos. De esta manera que el comportamiento macroscópico (lo observable) de esas formas simples de materia se pudieron asociar a la naturaleza microscópica (lo inobservable) de lo invisible: el átomo.

En efecto, los átomos existen y conforman la materia que nos rodea, incluidos nosotros mismos. Y sus diferentes clases dan origen a distintos elementos químicos. La pregunta que sobrevuela es ¿cuántos elementos existen?, lo que equivale a preguntarse ¿cuántos átomos diferentes existen?. La respuesta es más de cien!!

La siguiente figura muestra la denominada tabla periódica de los elementos, un esquema de clasificación publicado en sus versiones primitivas en 1869 tanto por Dimitri Ivánovich Mendeléiev (1834-1907) en Rusia como por Julius Lothar Von Meyer (1830-1895) en Alemania.

En ella se enumeran todos los elementos, que a su vez se representan con la abreviatura llamada símbolo químico. Cada fila horizontal se llama período y cada columna grupos. Algunos grupos de

elementos poseen nombres tales como metales alcalinos (IA), metales alcalinos-terreos (IIA), halógenos (VIIA), etc.

Representaciones, símbolos y fórmulas

El nuevo modelo que estamos utilizando nos permitirá mejorar las representaciones de diferentes sistemas que habíamos introducido antes.

Cada símbolo está formado por una o más letras. La primera, que se escribe en mayúscula imprenta, corresponde a la primera letra del nombre original (generalmente en latín o griego). Hay casos en los que dos o más nombres comienzan con la misma letra. Entonces, sólo uno de los elementos se simboliza con esa letra y los demás llevan dos para diferenciarse. La segunda letra se escribe en minúscula. Es el caso del carbono, el calcio y el cobre.

A las sustancias, como están formadas por átomos iguales o diferentes, se las representa utilizando fórmulas, que son una combinación de los símbolos de cada uno de los átomos, con subíndices (números pequeños escritos a la derecha y abajo) que indican la cantidad de átomos de cada tipo que forman la molécula.

1. Analice el cuadro anterior y luego complete las siguientes oraciones:

a :| Una sustancia simple está formada por ..................................................

b :| Una sustancia compuesta está formada por ...........................................

c :| Con solo mirar la fórmula de la sustancia podemos saber si es ........................... o ..........................., y qué ........................... la forman.

2. De las siguientes fórmulas, ¿cuáles corresponden a sustancias simples y cuáles a sustancias compuestas?

NH3:……………………………….. I2:…………………………. CH4:………………….. CaCO3:……………………………………..

3. ¿Cómo está compuesta la molécula de dióxido de carbono?4. ¿Cuántos átomos hay en la molécula de metano (CH4)?5. ¿Cuántos átomos hay en la molécula de helio (He)?6. Se suele llamar atomicidad al número de átomos que integran una molécula; sabiendo que el

oxígeno es una sustancia simple diatómica, escriba su fórmula. 7. La fórmula del hidrógeno es H2, ¿qué tipo de sustancia es el hidrógeno?, ¿qué atomicidad

tienen sus moléculas? 8. ¿Cómo está formada una molécula de ácido nítrico si su fórmula es HNO3?9. ¿Es correcto afirmar que la molécula de agua es diatómica? Justifique su respuesta.10. Estudie las siguientes fórmulas: SO2, C2H4O, CaCO3, C2H4O2, Cl2. Identifique la fórmula de la

sustancia que:a) Contiene azufre. b) Contiene calcio. c) Contiene sólo un elemento.

d) Tiene el mayor número de átomos por molécula.

Y si miramos dentro del átomo ¿hay algo mas?

En 1897, Joseph John Thomson (1856-1940) descubrió que , si se retiene una cantidad ínfima de gas en un tubo cerrado que contenía dos chapas metálicas (electrodos) sometidas a una tención de varios miles de voltios, de las moléculas del gas se pueden extraer partículas cargadas negativamente. Estas partículas, los electrones, so las que, al circular por un conductor eléctrico generan una corriente eléctrica. Además, constituyen uno de los componentes del átomo, que, por ser un ente eléctricamente neutro, cuenta con partículas subatómicas que tienen carga igual a la de los electrones pero positiva: los protones. Descubiertos por Ernest Rutherford (1871-1937) en 1919, se encuentran en un espacio cuyo tamaño es 100.000 veces menor que el tamaño del átomo total, llamado núcleo.

en un átomo neutro, el número de electrones es igual al número de protones

El nº de protones es llamado número atómico (Z). Y es precisamente el número por el que se hallan ordenados los elementos en la tabla periódica. La característica distintiva de cada elemento es el número de protones en el núcleo de átomo.

Así, el átomo más modesto es el hidrógeno, que está compuesto por un protón y un electrón. Los demás requieren ayuda para contener en el espacio reducido del núcleo más de un protón. Para eso existen neutrones, que son partículas subatómicas sin carga eléctrica que actúan como pegamento de los protones ya que, por tener igual carga, entre ellos actúan fuerzas de repulsión.

La suma del número de protones más el número de neutrones de un átomo, se conoce como número de masa o masa atómica de ese átomo en particular y se simboliza con la letra A.

A= número de masa= protones (P) + neutrones (N)

A=N + Z

Con esta información, un átomo de composición conocida, como el de este ejemplo, se puede representar mediante la notación siguiente:

Semana 8 : Isótopos- Iones y Cationes

Es posible que alguna vez hayan oído hablar de los isótopos. Pues bien, sucede que no todos los átomos de un dado elemento son iguales entre sí. Claro que algo iguales deben ser, ya que pertenecen al mismo elemento. Esto último fija un número atómico dado, que corresponde a un casillero de la tabla periódica. Si nos quedamos en el mismo casillero y cambiamos el número de neutrones, tendremos distintos isótopos.

Un caso interesante es el Hidrógeno, que , sin necesidad de neutrones en el núcleo (ya que el único protón nuclear no se puede “pelear” con otro), igualmente tolera la existencia de uno y dos neutrones. Esto origina dos átomos que se llaman respectivamente Deuterio (D) y Tritio (T). Como la masa de un protón es igual a la de un neutrón q ue a su vez es casi 1900 veces mayor que la de un electrón), la masa de un átomo de T es 3 veces la de un átomo común de H.

Estos isótopos, al unirse al Oxígeno, forman las moléculas de agua pesada (D2O) y agua superpesada (T2O)

Otro Isótopo muy conocido es el carbono-14. Un isótopo del carbono que se forma en las partes altas de la atmósfera, a partir del nitrógeno. Por tanto, el carbono-14, está presente en la atmósfera. Las plantas, cuando hacen la fotosíntesis, fijan en su interior carbono, y en él se incluye el isótopo llamado carbono-14. A lo largo de toda su vida, las plantas fijan carbono-14, y lo hacen hasta el momento en que mueren. A partir de su muerte, comienza el proceso de fosilización y, en él, empieza el proceso inverso: el carbono 14 empieza a transformarse de nuevo en nitrógeno.

Midiendo la cantidad de carbono-14 y de nitrógeno que hay en el fósil, se puede conocer la edad aproximada de ese fósil. La masa de carbono-14 de cualquier fósil disminuye a un ritmo exponencial, que es conocido. Se sabe que a los 5.730 años de la muerte de un ser vivo la cantidad de carbono-14 en sus restos fósiles se ha reducido a la mitad y que a los 57.300 años es de tan sólo el 0,01 % del que tenía cuando estaba vivo. Sabiendo la diferencia entre la proporción de carbono-14 que debería contener un fósil si aún estuviese vivo (semejante a la de la atmósfera en el momento en el que murió) y la que realmente contiene, se puede conocer la fecha de su muerte.

Pero, ¿qué pasa con los animales, que no hacen la fotosíntesis? Pues que sólo pueden fijar carbono-14 cuando se alimentan de organismos que sí hacen la fotosíntesis. Más sencillo: los animales sólo cogen carbono-14 cuando comen de las plantas. En el animal, cuando muere, empieza el mismo proceso que en la planta muerta. El carbono-14 comienza a transformarse en nitrógeno. Al medir la cantidad de carbono -14 y de nitrógeno se establece su edad. Pero este método tiene sus limitaciones. El método del carbono-14 vale sólo para un determinado intervalo de tiempo. Hasta 45.000 o 50.000 años.

De la tabla periódica podemos obtener estos valores, sin embargo para efectos de poder utilizarlos de una manera práctica, es necesario hacer un proceso de redondeo de las cifras decimales.

A pesar de que todos los isótopos de un elemento tienen prácticamente las mismas propiedades químicas, no todos son igualmente estables, ni se presentan en la naturaleza en la misma proporción. Se han descubierto dos tipos de isótopos: radiactivos y no radiactivos; los primeros son inestables, mientras que los segundos son estables.

La mayor parte de los elementos tienen varios isótopos. Así por ejemplo, el silicio que se emplea en los chips para computadoras, se presenta en la naturaleza como una mezcla natural de isótopos de silicio-28, silicio-29 y silicio-30.

Los isótopos radiactivos, también conocidos como radioisótopos, buscan una forma de estabilizarse. Para lograrlo emiten algunas de los tres tipos de radiación conocidos y sufren cambios nucleares, convirtiéndose en otro tipo de átomos, que en general son isótopos estables, aunque también pueden dar origen a átomos de isótopos radiactivos.

Por ejemplo, los isótopos del radio-226 se descomponen espontáneamente y emiten radiaciones alfa, que son partículas de helio y un isótopo de radón-222 de la siguiente manera:

Al tiempo requerido para que la mitad de la muestra de los isótopos radiactivos de un elemento se desintegre, se le denomina vida media. Los isótopos varían mucho en su vida media; algunos tardan años o milenios en perder la mitad de sus átomos por desintegración. Por ejemplo, la vida media del uranio-238 es de 4.5x10 9 años, y la del carbono-14 es de 5730 años. Otros pierden la mitad de sus átomos en fracciones de segundos; por ejemplo, el fósforo-28 tiene una vida media de 270 x 10 -3 segundos.

La Química nuclear es la parte de la Química que se encarga de estudiar los cambios en este tipo de isótopos su aplicación se realiza en diversas áreas; por ejemplo, en medicina las enfermedades que se consideraban incurables, pueden diagnosticarse y tratarse con eficacia empleando isótopos radiactivos.

Las aplicaciones de la Química nuclear a la Biología, la industria y la agricultura han producido una mejoría significativa en la condición humana. Otras áreas donde tienen aplicación los radioisótopos son: Geología, Paleontología, Antropología y Arqueología. Actualmente, se desarrollan nuevas aplicaciones y nuevos radiofármacos con la finalidad de ampliar la gama de procedimientos, reducir las enfermedades adquiridas por los alimentos y prolongar el periodo de conservación mediante la utilización de radiaciones, y estudiar los medios para disminuir la contaminación originada por los plaguicidas y los productos agroquímicos.

La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera, la exposición a altos niveles es nociva e incluso fatal. Lamentablemente, las radiaciones que estos isótopos radiactivos generan, pueden dañar las células de los seres vivos y a partir de ciertas dosis, ocasionan tumores malignos y mutaciones genéticas.

Investiga las aplicaciones, con sus posibles peligros, de cada uno de los siguientes isótopos:

⤷ Cobalto-60⤷ Yodo-131⤷ Carbono-14⤷ Sodio_24⤷ Iridio_192

Semana 9 y 10 : Los enlaces entre átomos

Los átomos se unen para conseguir disminuir su energía y así ser más estables. Cuando esto ocurre se originan uniones a las que llamamos enlaces; entonces se forman sustancias constituidas por moléculas o estructuras cristalinas elementales, en las que se hallan presentes varios átomos.

Los átomos de un elemento se pueden unir consigo mismos o con átomos de otros elementos, de manera que la naturaleza del enlace depende del tipo de elementos que se unen. Ten en cuenta que, de todas las combinaciones posibles entre elementos, solo existen aquéllas en las que al unirse los elementos, consiguen disminuir la energía que tenían los átomos separados.

Enlace metálico

Cuando se trata de elementos metálicos, los átomos del metal se liberan de algunos electrones convirtiéndose en iones positivos; estos se sitúan siguiendo un orden regular al que llamamos estructura cristalina. Son agrupaciones de iones iguales con los electrones a su alrededor. Este tipo de unión se denomina enlace metálico.

Por ejemplo, un trozo de hierro es un sólido cristalino formado por iones de hierro organizados en una estructura con forma de cubo, en la que dichos iones están situados en los vértices y en el centro.

Alrededor, y en los huecos de las estructuras de cualquier metal, se encuentran los electrones previamente liberados, formando una especie de nube electrónica (como una nube de mosquitos). Como se pueden mover con facilidad, son los causantes de propiedades básicas de los metales, como el que conduzcan la corriente eléctrica.

Estas estructuras unitarias se agrupan entre ellas formando una estructura mucho mayor, que es lo que denominamos cristal.

La gran fuerza de cohesión que le da resistencia mecánica a las estructuras metálicas se explica a partir de esta deslocalización de electrones y la gran movilidad de los electrones deslocalizados explica el brillo metálico y la buena conductibilidad térmica y eléctrica de los metales.

Propiedades de las sustancias metálicas:

⤷ Elevados puntos de fusión y ebullición⤷ Insolubles en agua⤷ Conducen la electricidad incluso en estado sólido (sólo se calientan: cambio físico)⤷ Pueden deformarse sin romperse

Enlace Iónico:

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se unen con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).

En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por

fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos y forman estructuras cristalinas

Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio.

Propiedades de los compuestos iónicos:

⤷ Elevados puntos de fusión y ebullición⤷ Solubles en agua⤷ No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí en estados disueltos o fundidos.⤷ Al intentar deformarlos se rompe el cristal (fragilidad)

Enlaces covalentes:

Son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl ) formando moléculas.

Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente.

Polaridad del enlace covalente:

⤷ Enlace Covalente Apolar: entre átomos que tienen la misma tendencia a tomar electrones (electronegatividad). Los electrones compartidos se mantienen la misma distancia entre ambos núcleos.

⤷ Enlace Covalente Polar: entre átomos de distinta electronegatividad. Los electrones compartidos están más desplazados hacia el átomo más electronegativo. Aparecen zonas de mayor densidad de carga positiva y zonas de mayor densidad de carga negativa

Propiedades de los compuestos covalentes:

⤷ No conducen la electricidad en ningún estado físico dado que los electrones del enlace están fuertemente localizados y atraídos por los dos núcleos de los átomos que los comparten

⤷ Son solubles: moléculas apolares-polares⤷ Insolubles: moléculas apolares-polares ⤷ Temperaturas de fusión bajas. A temperatura ambiente se encuentran en estado gaseoso,

líquido (volátil) o sólido de bajo punto de fusión. ⤷ Las temperaturas de ebullición son igualmente bajas.⤷ Son muy malos conductores del calor.

Mucha gente tiene una concepción errónea sobre la conductividad eléctrica del agua. A todos nos han dicho que hay que evitar tocar aparatos eléctricos o enchufes con las manos mojadas. Son muchas las secuencias de películas en las que un cable de alta tensión o similar, cae sobre algo de agua, y electrocuta a quien esté en contacto con ella. Así que uno pensaría, como es lógico y natural, que el agua debe ser un muy buen conductor de la electricidad ¿verdad? Pues va a ser que no. ¿Cómo? Pues curiosamente, el agua, no sólo no es un buen conductor, sino que es un buen aislante.

Veamos, la corriente eléctrica no es más que un desplazamiento de cargas eléctricas. De hecho, la intensidad de corriente se define como la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección, por unidad de tiempo (bueno, siendo puristas, el SI lo hace al contrario, es decir, define la unidad de carga eléctrica en función de las de intensidad y tiempo). Un buen conductor eléctrico, es un material en el se desplazan muchas cargas, al aplicar una diferencia de potencial eléctrico. En un metal, por ejemplo, los átomos están unidos entre sí mediante lo que se denomina enlace metálico. Este tipo de enlace, consiste básicamente en que los electrones más externos del átomo (los electrones de valencia, y no me refiero a la de las Fallas), son liberados, por decirlo de alguna manera, y pasan a ser comunes al resto de átomos (la realidad es más compleja, pero esta visión nos vale). Tenemos pues una serie de átomos que han perdido unos pocos electrones, inmersos en una nube de electrones. Estos electrones sueltos, tienen mucha movilidad, de forma que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico, se desplazan hacia el polo positivo (los electrones tienen carga eléctrica negativa).

La estructura de las moléculas del agua es muy diferente. Como sabéis, la molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno: H2O. La unión entre estos tres átomos es muy fuerte, y además la molécula es eléctricamente neutra, por lo que aplicando una diferencia de potencial eléctrico, no conseguimos nada. Con la suficiente tensión, podremos llegar a romper la molécula de agua y separarla en los iones H+ y OH-, que sí se desplazarían, y tendríamos por tanto una pequeña corriente eléctrica (no hay aislantes perfectos).

Entonces ¿todo eso del agua y la electricidad es mentira? No, para nada. El agua, tal y como la encontramos normalmente, es una buena conductora de la electricidad. ¿Pero no acabamos de ver justo lo contrario? Sí. Pero fijaos que he hablado únicamente de la molécula de agua, es decir, de agua pura. En el mundo real, a menos que destilemos el agua, siempre tendrá cosas disueltas en ella, como distintas sales (de hecho, se considera al agua como disolvente universal). Y entonces la cosa cambia mucho. Cuando una sal se disuelve en agua, las moléculas se dividen en iones, es decir, átomos o moléculas cargados eléctricamente. Estos iones se pueden desplazar, por lo que al aplicar una diferencia de potencial, se crea una corriente eléctrica.

Así que el agua, tal y como la encontramos en la naturaleza, o tratada para el consumo, es conductora de la electricidad, pero no por el agua en sí, sino por los compuestos que tiene disueltos en ella.

Bibliografía adicional:

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/enlaces/enlaces1.htm