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Es importante tener en cuenta, que la qumica, como toda ciencia experimental, se presenta bajo el doble aspecto de hechos y de teoras. Si los hechos observados no se sistematizan e interpretan a base de teoras, o si stas no se confrontan con los hechos, esto es, si los hechos y teoras no se complementan, los hechos llegan a formar tan slo artes y oficios empricos, y las teoras constituyen elucubraciones cerebrales con muy poca realidad y sentido. El complemento perfecto de hechos y teoras slo se logra con el mtodo cientfico.

La historia de la qumica, es en readad la historia del lento desarrollo del pensamiento cientfico y de los rpidos resultados conseguidos despus de la aplicacin del mtodo cientfico al estudio de la materia. Est relacionado ntimamente con la bella historia de la humanidad, comienza probablemente con el descubrimiento del fuego por parte del hombre primitivo.

Si la qumica es tan antigua, por qu no tuvo un desarrollo paralelo a las dems ciencias como la fsica, astronoma o la matemtica por ejemplo?

Podemos atribuir bsicamente a tres causas: (1) concepciones dogmticas y errneas respecto a la naturaleza, especialmente en cuanto a la estructura interna de la materia sostenida por Aristteles y sus seguidores (durante mas de veinte siglos), (2) los intereses mezquinos de la mayora de los alquimistas, y (3) la teora del flogisto. Desde luego trataremos cada una de ellas.

Para qu estudiar la historia de la qumica?Su estudio es muy importante, puesto que nos familiariza con las reflexiones especulativas y hechos de los

grandes qumicos del pasado, y nos permite valorar en su verdadera magnitud el progreso actual de esta bella ciencia, y adems para emular las acciones positivas de estos personajes mediante la prctica constante, para contribuir a su desarrollo.

En el largo y constante esfuerzo humano para interpretar, y en cierto modo, dirigir los fenmenos naturales, las ideas han sido y seguirn siendo siempre ms poderosas que la simple habilidad tcnica.

No est eri la naturaleza de las cgss 'que el hombre realice tai descubrirniento sbito e inesperado; la ciencia avanza paso a paso y cada hombre depende del trabajo de sus predecesores. ' . . . .

: , Sir Emest'ftoaherford (1 *871 - 1 937}

Trataremos a continuacin un resumen breve de la historia de la qumica.

1. POCA PRIMITIVAMuy probablemente, la qumica se inicia con el descubrimiento del fuego por el hombre, se fue

perfeccionando con la prctica constante de artes y oficios prcticos del hombre primitivo. A esta conclusin se llega por los materiales usados por l y encontrados en los restos de las civilizaciones antiguas desaparecidas. En las excavaciones hechas en tumbas y zonas arqueolgicas han puesto al descubierto trabajos en oro, plata, cobre, hierro y bronce, alfarera o trabajo de arcilla, vidrio y hermosos tintes y pinturas.

As por ejemplo los antiguos egipcios (aproximadamente 5 000 aos a.n.e.) preparaban tintes a base de pigmentos naturales, conocieron los esmaltes, los cosmticos y el arte de embalsamar cadveres. Usando ceniza y grasas animales fabricaban jabn. Realizaron excelentes trabajos en oro, plata, cobre y bronce. Utilizaron ampamente el cuero, lana, algodn y lino, que saban blanquear y teir.

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En la antigua china se conoci la tcnica de la fabricacin en porcelana, descubrieron el salitre e inventaron la plvora.

En el Per preincaico se conoca la cermica decorada, teido de fibras textiles, embalsamar cadveres, .metalurgia del oro y plata, etc.

Pero todas estas prcticas eran fundamentalmente empricas y no constituan una ciencia ni siquiera en forma rudimentaria.

Para las civilizaciones antiguas, la metalurgia fue ms que una tcnica un arte sagrado encomendado a los sacerdotes. Los metales obtenidos del interior de la tierra, concebida como un Dios, fueron relacionados con el Sol y los planetas: el oro al Sol, la plata a la Luna, el cobre a Venus, el hierro a Marte, el estao aljpiter, el plomo a Saturno y el mercurio a Mercurio. Los antiguos vean en el nmero siete una manifestacin de carcter universal, y as conocan siete planetas, siete metales, las siete bocas del Nilo, las siete estrellas del carro de David, los siete das de la semana, etc.

Esta extraa y singular clasificacin de los metales se mantuvo durante siglos, y aunque nuevos metales fueron conocidos se consideraban necesariamente como uno de ellos. Incluso en el siglo XVI se aceptaba que habia muchas clases daoro, como las haba de peras o manzanas. Los siete metales indicados, el carbn y el azufre, eran los nicos elementos conocidos hasta el principio de nuestra era.

2. CONCEPCIONES FILOSFICAS ANTIGUASAproximadamente, en el siglo VI a.n.e surgi en Grecia un

movimiento intelectual encabezado por grandes filsofos de la Grecia antigua, quienes especularon sobre el mundo y sobre la naturaleza de la materia, y plantearon soluciones sobre grandes cuestiones de la ciencia, como por ejemplo De qu est constituida la materia?

La respuesta fue en base a un principio de origen permanente llamado elemento: para Tales de Mileto (aproximadamente 624 - 565 a.n.e) era el agua, para Anaximenes (aproximadamente 585-524 a.n.e era el aire y Herclito afirmaba el fuego. Posteriormente, Empdodes (alrededor de 500 - 430 a.n.e) acept los elementos de sus antecesores, a los que agreg uno ms, la tierra. Por lo tanto el mundo material estara formado por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua, que explicaba a las cuatro cualidades (calor, fro, humedad y sequedad), el aire era caliente y hmedo, al fuego era caliente y seco, el agua fra y hmeda, la tierra fra y seca. Adems, Empdodes agreg dos fuerzas csmicas, el amor y el odio, que son las races de todas las cosas. Esta teora fue aceptada por Aristteles (384 - 322 a.n.e), el ms grande pensador griego y un infatigable escritor cuyo poder y autoridad hizo que perdurase esta teora durante unos dos mil aos o veinte siglos.

Casi en la misma poca, los filsofos griegos, Leucipo y su discpulo Demcrito (460 - 370 a.n.e) sostenan la materia formada por pequeas partculas (invisibles, indivisibles, eternas e indestructibles) Uamadcs tomos, el ser, y de vado, el no ser, resultante de los intersticios entre aqullos, y permitiendo su movimiento. Los tomos son de la misma naturaleza pero difieren en forma, por el orden en que estn colocados en el cuerpo, por su posidn y por su magnitud.

FUEGO

Representacin griega del mundo material mediante cuatro elementos: tierra, aire, Juego y agua. Segn Aristteles, estos elementos es el resultado de las combinaciones de pares de propiedades o cualidades de la materia.

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Breve histeria de ia Qumiea

Esta concepcin guarda una estrecha relacin con las teoras cientficas actuales, pero lamentablemente su seguidores encontraron una tenaz resistencia por parte de la teora Aristotlica, por la que no se desarroll estas brillantes ideas respecto a la composicin de la materia. El atomismo de Demcrito, expuesto en forma brillante en el inmortal poema Dererum Natura del romano Lucrecio, est construido por conceptos filosficos, y recin en 1 677 en que Robert Boyle lo establece y John Dalton en 1803 lo desarrolla para explicar ciertas leyes de las combinaciones qumicas, que son el resultado de las observaciones cientficas.

*Hemosconvemdo en que existe lo dulce y lo,dmrgo, e icabry el fri, el amory elodio, y segn esta convencin existe el ortfenv.Ehlrealidad existri lasitiafnosy e T .v c 6 t " '\ ^ >. . .

v ~ r A Dem crito (460 - 370 a. n,e)

A partir del ao 300 a.n.e la ciencia griega se desplaza a Alejandra, cuna de grandes matemticos y astrnomos.

Aproximadamente en el siglo II a.n.e, las ideas cientficas llegaron a Roma. Los romanos no desarrollaron estas ideas porque dieron mayor importancia a asuntos militares, polticos y econmicos.

3. LA ALQUIMIAEl trmino alquimia procede del rabe alkimiya , derivado a su vez del griego Khemeia (que significa

el jugo de una planta). Se llamaron alquimistas a los antiguos personajes, precursores de los qumicos modernos. La alquimia tuvo mayor auge durante la Edad Media. Los conocimientos qumicos aprendidos de los egipcios y las ideas filosficas heredadas de los antiguos a travs de la Escuela Alejandrina dieron a la alquimia en manos de los rabes y despus en toda Europa, una significacin especial.

A los alquimistas rabes del siglo VIH y IX, Jabiribn Hayyan y Rhazes se debe la teora de que los metales estn formados pordos cualidades - principios comunes: elmercurio, que representaba el carcter metlico y la volatibilidad, y el azufre que posea la propiedad de combustibilidad. Luego se sum un tercer elemento, la sal, que tena la propiedad de la solidez y la solubilidad. En base a estos tres elementos llamados tra prima era posible todo tipo de transformaciones de una sustancia a otra (lo que hoy se llama reaccin qumica). La obsesin de los alquimistas en un primer momento fue la bsqueda de la piedra filosofal", material que permitira convertir cualquier metal, como por ejemplo el plomo o el hierro en oro. Ya en el siglo XIII se extendi el objetivo de la alquimia que fue la bsqueda del elixir filosofal o de larga vida, el cual deba eliminar la enfermedad, devolver la juventud, prolongar la vida e incluso asegurar la inmortalidad.

La prctica de la alquimia fue secreta debido a los hombres que la relacionaban con la magia y la causa de Dios, pues los alquimistas se crean los elegidos para ser depositarios de la verdad y por ello no deban divulgar sus conocimientos. Sus apuntes lo realizaban en un lenguaje hermtico, describiendo mas bien operaciones que hechos y haciendo uso de signos y smbolos. As por ejemplo, un dragn que se muerde la cola es la imagen de la unidad de la materia, un pjaro que levanta el vuelo es la sublimacin, un pjaro que desciende a tierra es la precipitacin, una ballena simboliza el agua, un guila el aire, un dragn el fuego, un toro a la tierra, etc.

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Smbolos alquimistas contenidos en manuscritos antiguos griegos (1 al 14); en manuscritos medievales y en libros de principios del siglo XVII (15 a 27); en un manuscrito de la Alemania Baja, de principios del siglo XVIII (28 a 32). Smbolos alquimistas utilizados por Lavoisier (33 y 34) y por Dalton (35 a 38): 1. agua; 2 'vapor de agua; 3, sal; 4, yeso; 5, rocas; 6 , azufre; 7, arsnico; 8 , hierro; 9, plomo; 10, cobre; 11 esta y tambin mercurio; 12, plata; 13, oro; 14, cobre calcinado; 15, dos smbolos del agua;16. antimonio; 17, arsnico; 18, espritu de vino; 19, vinagre; 20, jabn; 21, salitre; 22, lcali; 23, sal amoniaco; 24, vitriolo; 25, mercurio ; 26, sublimado corrosivo; 27, fuego; 28, azufre; 29, mercurio; 30, sal comn; 31. sal amonaco; 32, salitre; 33 y 34, agua; 35, vapor de agua; 36, nitrgeno; 37, oxgeno; 38 dixido de carbono.

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Breve historia de La Qumiea

Los alquimistas aportaron el trmino elemento a la qumica. El desarrollo de la nocin de elemento en el sentido qumico fue uno.de los puntos claves en el nacimiento de sta como ciencia, sustituyendo a la antigua alquimia. Tambin produjeron indudables progresos a la qumica del laboratorio, puesto que prepararon un gran nmero de nuevas sustancias, perfeccionaron muchos aparatos tiles y desarrollaron tcnicas que constituyen la base de la subsiguiente investigacin.

Entre los alquimistas rabes de gran renombre figuran Geber (Abou Moussah Dlafar al Sofi Geber), escribi numerosas obras y entre ellas la Summa perfectionis, el tratado de qumica mas antiguo que se conoce. Rhazes o Razes (siglo X), Avicena (siglo XI), muy famoso como alquimista, filsofo, astrnomo, matemtico y mdico, y Aven-oes (siglo XII) que influy en el pensamiento medieval. Se atribuye a los alquimistas rabes el descubrimiento de sal amoniacal, el aceite de vitriolo (HjSOJ. el agua fuerte (HNO,), el agua rega (mezcla de HC1 y HN03), muchos compuestos de mercurio y arsnico, y la preparacin del espritu de vino (etanol).

Entre los alquimistas de occidente de gran importancia por sus descubrimientos y teoras, tenemos a San Alberto Magno (1 206 - 1 280) llamado Doctor Universal, considerado el Aristteles de la Edad Media, prepar la potasa custica (KOH), establece la composicin del cinabrio (SnS), seala el efecto del calor sobre el azufre utilizando por primera vez el termino afinidad en el sentido qumico que se conoce. Explica la preparacin del minio (PbjOJ, acetato de cobre y plomo. En su tratado de.De Alchimia deslinda y ataca frontalmente la ciencia secreta practicada por algunos alquimistas, especialmente a los charlatanes fraudulentos que falseaban el oro y la plata en beneficio propio, y expone las condiciones que debe reunir un alquimista, y que en gran parte corresponde a los qumicos modernos. Roger Bacon (1214- 1 294), en su obra Speculum Alchimiae sostiene que hay un aire que es el alimento del fuego y otro que lo apaga. Difunde el empleo de la plvora, adems practicaba la experimentacin y combati con tesn a Aristteles. Tambin realiz trabajos notables en el campo de la ptica. Santo Toms de Aquino (1 225 - 1 274) llamado comnmente Doctor Anglico, escribi un tratado sobre la esencia de los minerales y otro sobre la piedra filosofal. Raimundo Luiio (1 235 - 1 315), llamado Doctor iluminado, escribi muchas obras y prest mucha atencin sobre los productos voltiles de la descomposicin de los cuerpos.

QUMICA MEDICINAL 0 IATROQUMICAAnte el fracaso de lograr a piedra filosofal y el elixir de larga vida, y

ante el surgimiento de mucha charlatanera y engao, la prctica de la alquimia lleg en cierto momento a ser prohibido por reyes y papas. Entonces los esfuerzos se enfocaron hacia la preparacin de medicinas para curar las enfermedades corporales de la humanidad.

La iatroqumica, tuvo su paladn ms destacado en Paracelso (Felipo Aureolo Teofrasto Bombast de Hohenheim), mdico suizo, alquimista y profesor, que atac las creencias y prcticas mdicas de su poca con lenguaje sarcstico e hiriente pluma; efectu experimentos para encontrar remedios qumicos especificos contra enfermedades especficas y tuvo mucho xito. Paracelso (I 493 - 1 541)

alquimista y mdico suizo.

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Un mdio alemn dei siglo XVI consultando a un iattoqumico acerca de una pcima curativa que se est destilando. Tal fue el comienzo de la actual relacin entre farmacutico y mdico.

Paracelso fue el primero que utiliz el opio por sus propiedades medicinales, y los compuestos de hierro, mercurio y arsnico que administr, todava figuran en las farmacopeas actuales. Se reconoce a Paracelso como el primer profesional verdadero de la medicina qumica. Desde entonces la qumica ha sido siempre un aspecto importante de la educacin y prctica mdica.Georg Agrcola (1 496 - 1 555), mdico sajn, en su obra De Re Metallica expone en forma clara, todos los conocimientos metalrgicos de su poca, y en la que se manifiestan preocupaciones de qumico y de ingeniero.La metalurgia haba adquirido en esta poca, un gran desarrollo, lo que condujo a una fabricacin industrial de cidos y a practicar el ensayo de minerales, se inici as el anlisis quimico.

Entre los seguidores de Paracelso, citaremos a Libavius (1540 - 1616), mdico alemn que prepar cloruro estannico (SnCl4), estudi los fundentes utilizados en metalurgia y obtuvo muchos medicamentos. Van Helmont (1 577 - 1 644), mdico belga, estudi con mucho cuidado y entusiasmo el crecimiento de una planta y rechaza categricamente a los elementos Aristotlicos, invent el termino gas y estudi el gas silvestre (gas carbnico, COJ. Lemery (1 645 - 1 715) que en su voluminosa obra Cours de Chymie describe las distintas operaciones de la qumica.

ADELANTOS TECNICOS DE LA ALQUIMIASegn el qumico J.B Dumas (siglo XIX): La ciencia de la

qumica naci en el torno del alfarero, en el taller del vidriero, en la forja del herrero, y en el saln del perfumista". Sin embargo, cada una de estas tcnicas ingeniosas no habran existido, si es que, los alquimistas no lo hubiesen perfeccionado con el tiempo. Aqu, valga la famosa afirmacin de E. Rutherford: No est en la naturaleza de las cosas que el hombre realice un descubrimiento sbito e inesperado; la ciencia avanza paso a paso y cada hombre depende del trabajo de sus predecesores.

Los alquimistas, con la finalidad de obtener sus metas mximas (piedra filosofal y el elixir de la eterna vida), durante muchos siglos, trataron toda clase de materiales (metales, minerales, vegetales, carne, pelo, plumas, huesos, esencias y excremento), con toda clase de procedimientos tcnicos (calcinacin, sublimacin, fermentacin, almagamacin, reverberacin, rectificacin, filtracin, etc.). Para ello usaron una amplia variedad de equipos rudimentarios que fueron ideando a medida de sus necesidades.

A la prctica de la alquimia se dedicaron casi toda una familia, padres, hijos y parientes. Mezclaron todo tipo de materias en busca de sus metas mximas (piedra filosofal y el elixir de la eterna vida).

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Muchos de sus rsticos aparatos se han ido perfeccionando hasta convertirse en aparatos o piezas que son hoy da parte de los elaborados instrumentos de laboratorio y de complejos aparatos industriales. La destilacin era uno de los procedimientos mas utilizados por las alquimistas y el apartado bsico fue el alambique. Aun hoy, la destilacin es la operacin unitaria de mayor importancia en la industria qumica y la ms importante tcnica de separacin en el laboratorio de investigacin.

Entre los instrumentos de laboratorio mas utilizados fueron la balanza, el mortero, el horno, el embudo, tenazas, el crisol y los matraces.

As pues, la alquimia, al margen de sus relaciones con imgenes de magia y fraude, de msticos encantos y misteriosos simbolismos, aport enormemente en el desarrollo de las tcnicas y dispositivos qumicos para el estudio de la naturaleza de la materia.

6. RENACIMIENTO CIENTFICOEl Renacimiento, primero en el campo de la literatura y despus en el de las artes, pas pronto al

pensamiento cientfico, y al unirse observacin y teora se inicia la ciencia experimental que sustituye a las especulaciones filosficas de la Edad Media. Leonard de V ind (1 452 - 1 519) es el encargado de introducir, los principios de Renacimiento en los dominios cientficos. Le sigue Francisco Bacon (1 561 -1 628), el terico del mtodo experimental, en su obra Novum Organum, introduce la observacin en sistema filosfico, adems sostena de que la ciencia debe cumplir el doble objetivo de iluminar nuestra mente y de mejorar las condiciones de vida del hombre. A Galileo (1 564 - 1 642) famoso astrnomo y fsico italiano, se debe el cambio total de algunas doctrinas cientficas de su tiempo. Descartes (1 596 - 1 650), filsofo francs, en su obra Discurso del Mtodo establece claramente las bases del mtodo cientfico.

Las nuevas ideas lograron grandes avances en Matemticas, en Fisica y en Filosofa, y al pasar despus a la Qumica, cambia radicalmente la mentalidad de sus cultivadores: En muchos pases se comenzaron a crear Academias cientficas, el primero fue en Npoles (1 560), luego en Londres, Pars, Madrid, Barcelona, etc.

Slo se precisaba disponer de una tcnica de medicin para que la qumica pueda desarrollar su carcter de verdadera ciencia.

Robert Boyle (1 627 - 1 691), qumico irlands, fue el primero en romper abiertamente con la tradicin alquimista. En su obra The Sceptical Chymist (El qumico escptico"), establece el concepto moderno de elemento y compuesto o mixto , una diferenciacin entre mezcla y combinacin qumica. Estudi la compresibilidad de los gases. Descubri el sulfhidrato amnico (licor de Boyle) que es de gran importancia en qumica analtica, jarabe de violeta (que se utiliz como indicador cido -base), etc. Boyle es el primer hombre de ciencia que adopta la teora atmica para explicar las transformaciones qumicas, y sus investigaciones en el campo de la fsica^ de la qumica hace que se le considere como el precursor de la qumica moderna al hacer de ella el estudio de la naturaleza y composicin de la materia en vez de ser un simple medio para obtener oro o de preparar medicamentos, como lo era hasta ese entonces.

______________________________________________________________ . Breve historia de la Qumica

Algunos instrumentos y materiales que usaron los alquimistas del siglo XVI. Se observa la balanza, los hornos y el fuelle, el mortero y el pistilo, las tenazas, los embudos, el mazo y la lanza, las retortas, el crisol y los matraces. Ya perfeccionados, continan siendo artculos importantes de la moderna tecnologa e investigacin qumica.

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7. LA TEORA DEL FLOGISTO: una exp licacin de l a com bustinA principios del siglo XVIII. G.EmstStahl(l 660 - 1734), qumico y mdico alemn, propuso la teora

del flogisto para explicar el fenmeno de la combustin. Se basa en las ideas del alquimista alemn J. Johann Becher (1 635 - 1 682). Supone que cuando un cuerpo combustible ardia se desprende el flogisto con acompaamiento de luz y calor, y queda la ceniza". Por lo tanto la "ceniza o residuo que queda era el cuerpo material inicial menos su flogisto (o cuerpo material desflogisticado).

De acuerdo con esto, las sustancias que arden rpidamente o cuanto mas inflamable sean, contienen una gran cantidad de flogisto y viceversa. Esta fue la primera teora importante de la qumica. En forma simplificada, para un metal combustible tenemos:

(Metal (en la combustin) ceniza + flogisto]

El principal inters de la teora est en que explica el fenmeno inverso de la combustin (reduccin del xido metlico), pues si se calienta la ceniza metlica con una sustancia rica en flogisto, tal como el carbn, sta cede su flogisto a la ceniza y el metal se restituye. As por ejemplo, cuando se calienta un poco de plomo pulverizado, se funde, quema y forma su "ceniza (xido de plomo de color amarillo llamado "litargirio). Si se calienta el litargirio con carbn (considerado flogisto casi puro) recupera la cantidad precisada de flogisto y se convierte de nuevo en plomo metlico, que en forma simplificada sera:

Litargirio ,+ flogisto -* plomo(xido de Pb)

^' J /

Segn la teora del flogisto, el plomo al combustionarse libera flogisto y deja una ceniza amarilla, sta al recibir el flogisto (del carbn) se convierte nuevamente en plomo.

No obstante, de que la teora del flogisto fue considerado correcta por mas de un siglo, por eminentes precursores de la qumica moderna, se presentaron varias dificultades. Se sabia que al calcinar un metal y formarse su "ceniza (xido) aumentaba el peso, esto es, la prdida del flogisto era acompaada por un aumento de peso, y tambin que el aire era necesario para la combustin. El primer hecho pudo explicarse mediante la hiptesis fantstica adicional de que el flogisto tena un peso negativo, y el segundo, al superponer que un medio material era necesario para absorver el flogisto. Otro aspecto era de que el aire residual que quedaba luego de la combustin ocupaba un volumen menor que el aire inicial (antes de la combustin).

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Breve historia de la Qumica

La teora del flogisto sirvi de gua a los grandes investigadores del siglo XVIII, quienes frente a las respuestas incoherentes de esta teora buscaron respuestas coherentes en base a otros experimentos e hiptesis, dando mici as una labor experimental, que constituye la base de la qumica como ciencia. Entre ios ms importantes tenemos:

Ren Antoine Raumur (1 683-1 757),naturalistas, qumico y fsico francs, cuyas investigaciones sobre la fundicin de hierro permiten considerarlo como el fundador de la siderurgia cientfica y uno de los instauradores de la industria moderna.

Andreas Sigismud MarggrafF (1 709 - 1 782), qumico alemn, descubri un nuevo procedimiento para obtener el fsforo y el cido fosfrico, obtuvo el zinc a partir de sus minerales y distingui sales de sodio de las del potasio por el color de la llama que emitan. Sus estudios acerca de la extraccin del azcar a partir de la remolacha hicieron posible su fabricacin industrial desde 1 796.

M.W. Lomonosov (1 711 - 1 765), qumico ruso, hizo experimentos con la calcinacin de los metales en vasos cerrados, con empleo sistemtico de la balanza. Adems establece la constancia de la materia en los procesos naturales o ley de conservacin de la masa, sostiene que la combustin es una combinacin del cuerpo combustible con el aire y logr explicar las propiedades de los cuerpos a partir de la existencia de tomos y molculas (en 1 743) es decir mucho ms antes que John Dalton. Pero lamentablemente para su poca, sus ideas fueron muy avanzadas, razn por la cual fueron ridiculizadas y olvidadas, hasta su descubrimiento y publicacin por su compatriota Menschutkin en 1 904.

Joseph Black (1 728 - 1 799), qumico ingls, demostr que el gas fijo (gas carbnico) es fijado por la cal (CaO). Sus estudios cuantitativos acerca de los carbonatos son modelos de lgica y unidad, que sirvieron para dar al mundo cientfico una idea clara sobre la naturaleza de la combinacin qumica.

Karl WfihelmScheele (1 742 - 1 786), qumico sueco, uno de los ms extraordinarios investigadores de todos los tiempos. Descubri el oxgeno (algo antes que Priestley, pero lo public posteriormente) y el cloro (espritu de sal desflogisticada"), como producto de sus experimentos con el dixido de manganeso (MnOJ. Estudi diversos cido inorgnicos y orgnicos como el fluorhdrico, cianhdrico, molbdico, tartrico y oxlico, aisl el gas sulfhdrico (HS) y la arsenamina (AsH,). Su nombre ha quedado unido al arsenito de cobre que se conoce como verde de Scheele , y en el mineral scheelita (Wolframato de calcio). En su obra Tratado elemental del aire y del fuego, indica que el aire es una mezcla de dos gases distintos, el aire gneo y el aire viciado.

Joseph Priestley (1 733- 1 804): El primer paso hacia una nueva teora de la combustin, telogo ingls, no fue qumico de profesin, pero hbil experimentador y firme creyente de la teora del flogisto, pero en 1 774 sin darse cuenta abri el camino para su cada final. Priestley estaba experimentado con un polvo rojo (HgO) que originalmente se haba formado al calentar al mercurio en un crisol abierto, como era muy curioso, decidi calentar el polvo rojo y recoger cualquier gas que se desprendiera. Dos desconcertantes hechos surgieron con el extrao gas (oxigeno) formado:1. Cuando se colocaba un ratn dentro de una campana de vidrio que contena el nuevo gas, viva tres

veces ms que un ratn colocado dentro de una campana que contena aire.

2. Una vela ardia por ms tiempo y con ms brillo cuando se colocaba dentro de una campana que contenia este gas extrao.

Priestley llam al gas descubierto "aire desflogisticado". Surgieron muchas dudas, por qu la vela arda por ms tiempo y con ms brillo? Su tenaz adhesin a la teora del flogisto le impidi progresar en la interpretacin de sus valiosas observaciones.

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Priestley, en 1 774, visit a Lavoisier en Pars, a quien le comunic de sus observaciones. ste acepto los hechos, pero no la teora. Podra ser, meditaba Lavoisier, que cuando las sustancias arden se une con algo del aire, en lugar de desprender algo?. Rpidamente Lavoisier someti su hiptesis, a una prueba. Se acercaba el nacimiento de la qumica moderna.

Adems de descubrir el oxgeno, Priestley desarroll y perfeccion la tcnica de preparacin, recogida y manipulacin de los gases. Prepar y estudi numerosos gases (HC1, NH3, SO,, N,0, NO, N02, PH3, C2H2, etc.).

Henry Cavendish (1 731 - 1 810), qumico ingls, dueo de una gran fortuna, dedic toda su vida a la qumica. Se dice de l que fue el ms rico de todos los sabios y el ms sabio de los ricos. Fue el primero que utiliz la cuba de mercurio y al hacer actuar el H,SO, y HC1 acuosos sobre los metales (Fe, Zn y Sn) descubri en 1 766 el hidrgeno, al que llam "aire inflamable. Encontr con sorpresa que el hidrgeno al combustionar con el aire y con el oxgeno se formaba agua y que las proporciones en que dichos gases se combinaban eran de dos volmenes de aire inflamable por un volumen de aire desflogisticado (0 2). La sntesis del agua realizada en 1 781 constituye una fecha muy marcada en la historia de la qumica.

En un anlisis que realiz al aire encontr que el oxgeno representaba un 20,8 % en volumen. Cavendish, qumico flogista, no supo comprender la importancia de sus investigaciones acerca de la sntesis del agua.

8. ANTOINE LAURENTE LAVOISIER: LAS BASES DEL MTODO CIENTFICOA. L. Lavoisier (1 743 - 1 794), el ms brillante qumico

francs, logr explicar la naturaleza verdadera de la combustin y destruye por completo la teora del flogisto. En su obra Tratado Elemental de Qumica publicada en 1 789, crea las bases de la qumica moderna y por ende del mtodo cientfico para las investigaciones en la ciencia.

Logr explicar la combustin con su famoso experimento de doce dias que describimos a continuacin: introdujo cuatro onzas de mercurio puro en un recipiente de vidrio, sellado, escribi luego encend el homo y lo mantuve as durante doce das . Al segundo da, haban empezado a aparecer diminutas partculas de color rojo sobre la superficie del mercurio.Cuando la mayor parte del mercurio se hubo convertido en un polvo, Lavoisier, quit el recipiente de vidrio, que haba pesado antes del experimento, y su contenido lo pes nuevamente y observ que no hubo aumento de peso. Como el recipiente estaba sellado, nada pudo entrar o escapar durante el calentamiento. Sin embargo cuando rompi el sello, not que el aire entraba violentamente al recipiente, que segn l. indicaba que parte del aire del recipiente se haba consumido durante el calentamiento, y haba dejado espacio para que penetrar ms arre.

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Breve historia de la Qumica

Despus de que entr el aire al recipiente, lo peso una vez ms y comprob el aumento en peso. Dedujo entonces que este aumento igualaba el peso de algo que estaba en el aire contenido en el recipiente y que se haba combinado con el mercurio, formando el polvo rojo (HgO). Invirti el experimento original, pes un poco de polvo rojo y lo calent, observando que si converta en mercurio y un gas idntico al aire desflogisticado" de Priestley (02).

Adems comprob que la masa total (mercurio + gas) era idntico a la masa de polvo rojo. Se haba demostrado experimentalmente la ley de conservacin de masa! Concluy que el gas que haba en el aire era el responsable de la combustin. Le dio el nombre oxigeno (que significa engendrador de cidos) a este gas.El experimento de Lavoisier podemos resumir con las siguientes ecuaciones qumicas modernas:

Lavoisier establece la nocin precisa de sustancia pura y adopta el concepto de elemento de R. Boyle, halla la composicin del aire por sntesis y por anlisis, le da el nombre de hidrgeno (engendrador de agua) al aire inflamable de Cavendish y que para toda combustin era imprescindible el oxgeno. En todas sus investigaciones utiliza la balanza para comprobar sistemticamente la ley de conservacin de masa, "nada se pierde, nada se crea .

La revolucin qumica producida por las ideas de Lavoisier condujo a una nueva nomenclatura, que hoy nos parece tan natural, en la que los nombre de los cuerpos dan idea de sus constitucin.

Esta tarea fue debida a cuatro eminentes qumicos, Lavoisier. Guyton de Morvean, Berthollet y Foureroy, quienes publicaron en 1787 una obra titulada Mtodo de Nomenclatura Qumica, en la que se introducen nombres que an se utilizan.

La obra de Lavoisier, extenssima en el campo qumico, invadi otras ciencias, fue el fundador de la fisiologa debido a sus estadios sobre la respiracin, donde el oxigeno juega un papel importantsimo. Fue el primer cientfico que realiz sus investigaciones con verdadero mtodo cientfico.

Bajo iluminacin de las nuevas ideas de Lavoisier, los qumicos las aplican a sus investigaciones con mucho xito.

Se descubren las leyes ponderales de las combinaciones qumicas: ley de conservacin de masa (Lavoisier), ley de proporcin constante y definido (Proust, 1 799), ley de proporciones recprocas (Richter y Wenzel, 1 792) y ley de proporciones mltiples (Dalton, 1 804).

La teora atmica-molecular de Dalton (1 803) explica las leyes de la combinacin qumica en base a la hiptesis de que la materia est constituida por tomos que poseen un peso caracterstico y permanecen indivisible en toda reaccin qumica.

9. LA QUIMICA COMO CIENCIA

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J. Berzelius (1 835), acepta la teora atmica y plantea una simbologa para elementos y compuestos, tan til y fecunda en el progreso subsiguiente, que se usa hasta hoy en da.

El Principio de Avogadro (1811) permite establecer y diferenciar los conceptos de tomo y de molcula y crea las bases para la determinacin de pesos atmicos y moleculares (1 858).

El descubrimiento de la pila elctrica de Volta (1 800) da origen a la electroqumica, con los descubrimientos de nuevos elementos (cloro, sodio y potasio) a cargo de Davy, y de las leyes de la electrlisis por parte de M. Faraday (1 834).

La Qumica Orgnica se desarrolla ms tarde con los trabajos de Liebig sobre el anlisis elemental orgnico iniciado por Lavoisier, los conceptos de isomera y de radical introducidos por Liebig y Berzelius (1 834), la sntesis en laboratorio de un compuesto orgnico, la rea, por parte de F. Whler (1 828), la representacin de edificios moleculares por Kekule (1 858) y con la destruccin de la doctrina de la fuerza vital" realizada por Berthelot (1 853) al obtener por sntesis numerosos compuestos orgnicos (alcohol metlico, acetileno, benceno, naftaleno. antraceno, etc).

La Tennoqumica, con la medida dla energa calorfico que se manifiesta en las reacciones qumicas, iniciada por Lavoisier y Laplace, adquiere un significado especial a partir de los estudios de Hess, Thomson y Berthelot (1 840) al querer medir los qumicos las afinidades entre los cuerpos reaccionantes.

Para explicar las leyes experimentales que rigen a los gases, surge la teora cintica de los gases y del calor, desarrollado principalmente por Maxwell y Boltzmann, la cual afianza la creencia de la naturaleza atomstica de la materia y extiende su utilidad al proporcionar una imagen ntima del mecanismo de los procesos qumicos.

El carcter incompleto de muchas reacciones qumicas, observado por Berthollet, condujo al concepto de equilibrio qumico, el cual, estudiado experimentalmente por Sainte Claire Deville (1 857), encuentra su interpretacin terica en los estudios de Gibbs (1 876), de Van't Hoffy de Le Chatelier (1 880).

La cintica qumica o el estudio de la velocidad de las reacciones qumicas tiene su base terica en la Ley de accin de masas propuesto por los qumicos noruegos Guldberg y Waage (1 867) y una significacin industrial importantsima en el descubrimiento de los catalizadores, sustancias que, permaneciendo inalteradas, aceleran por su sola presencia la velocidad de las reacciones qumicas.

En el campo de las soluciones o disoluciones, fue de gran importancia en el avance progresivo de la qumica la Teora de las disoluciones, obra maestra del qumico holands Van't Hoff (1 8 8 6 ) y la teora de la disociacin electroltica propuesto por el qumico sueco Svante Arrhenius (1 887).

La clasificacin peridica de los elementos, establecido por el qumico Dimitri Mendeleev y por el alemn Lothar Meyer (1 869) llev a pensar que los tomos deban ser complejos, modificando profundamente las ideas que se tenan acerca de los cuerpos simples, lo cual comprobado posteriormente en los estudios acerca de la conductividad elctrica de los gases (con lo cual se descubri el electrn) y en los fenmenos de radiactividad (con su interpretacin y desarrollo se descubrieron las partculas nucleares del tomo).

En el campo de cidos y bases, las teoras que dieron gran impulso y desarrollo fue la propuesta porS. Arrhenius (1 884), Brnsted - Lowry (1 923) y de Lewis (1 923).

Un cientfico moderno realiza cuidadosas observaciones, parle imprtame del mtodo cientfico.

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Breve historia de la Qumica

En el campo de enlace qumico, un tema transcendental en la ciencia qumica, es importante resaltar el aporte de Linus Pauling (1 901 - 1 994) del concepto de electronegatividad y el concepto de hibridacin; Gielbert N. Lewis (1 875 - 1 946) creador de la teora Enlace por pares de electrones; R.J. Gillespie, quien propuso la teora de las repulsiones entre los pares de electrones de la capa de valencia (i 957) que dio un gran impulso a la descripcin de la geometra molecular, que a su vez es importante para explicar las interacciones moleculares en estado lquido y slido.

En el campo de Qumica Nuclear, el hombre ingresa a la Era Nuclear a partir de 1 942, fecha en la que se logra la primera reaccin nuclear en cadena, por parte de Enrico Fermi. Lamentablemente, el primer uso de la energia descomunal que se libera en estas reacciones fue con fines destructivos, con la fabricacin de armas nucleares mortferas como las bombas atmicas que destruy por completo dos pueblos japoneses durante la segunda guerra mundial (1 945).

Actualmente, la energa nuclear tambin se usa con fines pacficos: para generar electricidad de gran potencia, fabricar motores atmicos de gran potencia, bateras atmicas de larga duracin que es importante en las investigaciones espaciales, etc. Adems en las plantas nucleares, mediante reacciones nucleares controladas, se han sintetizado elementos artificiales y radioistopos que tienen gran aplicacin actualmente.

Alquimistas italianos realizando la destilacin, para ello utilizaron el alambique. Asi obtenan el "agua celestial" o la quinta esencia del agua de la vida". La destilacin era una de las operaciones mas importantes para los alquimistas, como lo es actualmente para el qumico moderno.

El aparato de destilacin que est utilizando el qumico moderno tiene su contrapartida industrial en el inmensa unidad que se ve al fondo, llamado torre de destilacin o fraccionamiento. La destilacin fraccionada es un proceso fsico mediante el se separan los componentes de una mezcla lquida homognea, en virtud a la diferencia en sus puntos de ebullicin.

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ENERGA QUMICA EN MARCAPASOS CARDACOEl marcapasos cardaco es un aporte moderno de la ciencia que muchos de nosotros no tmanos en cuenta,

excepto las personas que lo utilizan. Estos marcapasos operan gracias a la energa de una batera, y la demanda alent el desarrollo de unas minsculas bateras que generan esa energa, pero que infunden temor. Todas las maanas, deben poner en marcha la mquina humana, sin fallar, y todos los aparatos humanos permanecen encendidos" todo el tiempo. An ms, mucha gente agrega varios aos saludables a su vida, poniendo su fe en las reacciones qumicas que ocurren en estas bateras para generar, da tras da, la corriente elctrica que activa sus marcapasos.

Estas bateras tienen caractersticas especiales debido a que se implantan en el cuerpo humano. Deben ser resistentes y hermticas, tener una larga vida y un peso mnimo y, por su puesto, deben ser no txicas.

Los qumicos comenzaron a abordar este problema, y sus esfuerzos de investigacin en electroqumica desembocaron en el litio, un ingrediente metlico con el potencial de dar larga vida a las bateras. Desgraciadamente, el litio es altamente reactivo, se quema en el aire y reacciona con el agua para producir H2 inflamable. Si el litio deba ser usado, era necesario descubrir sistemas electrolticos nuevos y no acuosos.

Las intensas investigaciones en relacin con nuevos solventes y nuevos materiales para usarse en bateras de alta energa y de larga duracin condujeron al descubrimiento de un electrolito slido para ser usado con el litio metlico. Este electrolito slido es el yodo, y la batera de litio-yodo se emple en aplicaciones biomdicas. Estas bateras revolucionarias tienen una duracin de diez aos, y su uso est muy difundido actualmente. Los beneficios para aquellos que dependen de los marcapasos son incalculables.

La batera de litio-yodo no es el final de la historia, puesto que tiene un poder menor que el ptimo requerido para ser usadas en otros rganos trasplantabas. La nueva investigacin electroqumica nos dar la respuesta. Lo hizo en el pasado y lo har de nuevo en el futuro.

SANGRE ARTIFICIALLa sntesis de sangre artificial es una de las grandes proesas logradas por los qumicos. Se trata de una

mezcla homognea o solucin, en la que el disolvente es el agua y los solutos son perfluorodecalina (14 % en volumen) y perfluorotripropilamina (6 % en volumen). Se comercializa con el nombre de flu oso l - d a desde varios aos.

F F F F \/ \/C F C

/ \ i / \ ;c c cF , F

y V F.F" \ / K / cC F C

> . / \ /\F

% i Pefftaorpdecalta .T'KvT ' --5*A

CF3 -CF2-CF2-N -C F 2-CF2-CF31c f 2Ic f 2Ic f 3

Ferfluorotriprpflamfet.

El 0 0 , y el oxigeno (OJ son extraordinariamente solubles en esta disolucin. El fluosol- d a no lleva antgenos (anticuerpos que hacen que una persona con sangre tipo A no pueda recibir sangre de un individuo tipo B), es decir, es una sangre universal, se puede hacer transfusin de sangre a cualquier individuo. Adems, puede conservarse 50 veces ms tiempo que la sangre normal, y hasta ahora no se le conocen efectos secundarios. Por primera vez se us en el Japn, actualmente se usa en muchos pases y permite salvar muchas vidas.

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IC A P T U L O

5 s i b i c s j p C e m e l a

y S S t e m a deUnidades

Muestra a un qumico que realiza observaciones minuciosas y anlisis cuidadosos para determinar la composicin y propiedades de las sustancias qumicas. Los pasos ms importantes del mtodo cientfico son: la observacin, toma de apuntes, la experimentacin y el planteamiento de hiptesis.

Muestra un conjunto de frmacos que han sido sintetizados en base a la ciencia qumica. La industria de medicamentos ha sido la ms beneficiada con los avances de la ciencia qumica y la tecnologa.

Muestra modelos de metro y kilogramo patrn que se guardan en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Svres (Francia). Dentro de las ciencias naturales la medicin de magnitudes es fundamental, para ello se emplean diferentes unidades de medida, que es necesario agruparlos en Sistema de Unidades.

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Q um ica , C iencia y - i s iSTEMA d e u n id ad es

3-;; " \* *'mprfer la implqrtocia(,de lqurrc&cqm ua ciencia central que sirve de base a otras

cienciasy qqiienf^ humhs.. :*; * Cqmprhder cmo se UVa 'ato la investigacin cientfica pcnd'ei mtodo cientfico.

la necesidad de realizar mediciones paira eiiriUficar fenmenos fsicos y qumicos , utizando sistepns de unidadesl especilmete lSistma intemacjrialJ(S;},

: Ser capaz d conyertir cpplq^er u i^d d f .nnedili de un sisfma a o.tro mediante el mfodo de --iiactr^eonversin; y '' ' V .. V'--; ' *' '

INTRODUCCINTodos los cuerpos materiales tangibles o

intangibles que nos rodean: aire, agua, vestimenta, los alimentos, las pinturas, el papel, los plsticos, los medicamentos, las bebidas gasificadas, la generacin de energa (elctrica, luminosa, calorfica, etc.), estn relacionados directamente con la ciencia qumica. Es ms, si queremos ahondar en los misterios de la tierra y del aire, que son esenciales para la vida, debemos recurrir al estudio de la qumica, ya que sta sirve de base o fundamento a las ciencias de la vida: la biologa y la Ssica.

La qumica interviene casi en todos los aspectos de nuestra vida: cultura y entorno (social y ambiental), por lo tanto, es enneo pensar que la qumica es meramente terica, y slo tiene que ver con frmulas y nombres complicados de compuestos; cundo respiramos, digerimos los asnentos, nos lavamos con jabn, nos limpiamos s dientes con cierta pasta dental, cocemos los a&nentos, etc., estamos practicando qumica.

La conposicin de los alimentos es pane del estudio de la qumica

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Q m isa

CONCEPTO DE QUMICA ___________________________________________

Es una ciencia natural basada en la observacin y experimentacin relacionado con los fenmenos

que sufre la materia, de tal modo que de ella se estudie su composicin, constitucin, propiedades

fsicas y qumicas, transformaciones y leyes que gobiernan dichos cambios en su estructura interna, as

com o la energa involucrada en el proceso.

IMPORTANCIA PEIA QUMICA l ' j __________ .

La qumica es una ciencia central, porque sirve de apoyo a otras ciencias como la fsica, la biologa, la geologa, etc. Adems, permite satisfacer las necesidades humanas en diferentes reas o campos de la actividad humana. Veamos:

En medicina. En esta rea, la qumica aporta con la sntesis de los diferentes frmacos (antibiticos, analgsicos, antidepresivos, vacunas, vitaminas, hormonas, radioistopos, etc.), para el tratamiento de muchas enfermedades y para el mejoramiento de la salud en general.

En nutricin. La qumica permite sintetizar sustancias llamadas saborizantes y colorantes para mejorar ciertas propiedades de los alimentos, yque de ese modo, pueden ingerirse fcilmente; los preservantes, para que los alimentos no se deterioren en corto tiempo; tambin la qumica determina ias sustancias vitales que requiere el organismo (minerales, vitaminas, protenas, etc.).

En agricultura. Gracias a los productos qumicos com o abonos y fertilizantes, se aumenta la productividad del suelo y se logra satisfacer las necesidades de alimentacin; cada vez ms crecientes; adems, con el uso de insecticidas, fungicidas y pesticidas, se controla muchas enfermedades y plagas que afectan a las plantas.

En textiiera y cuidado de la ropa. La qumica ayuda potencialmente a satisfacer esta necesidad, sintetizando muchas fibras textiles (rayn, orln, dracn, nylon, etc), colorantes parael teido, sustanciis para el lavado (jabones, detergentes, etc.), preservantes de fibras naturales y Sintticas, etc.

Medio ambiente. Ayuda en el tratamiento y control de las sustancias contaminantes que afectan severamente a nuestro ecosistema natural (agua, suelo y aire), y en la asistencia en los desastres ecolgicos tales como derrames de petrleo, cada de lluvia cida, incendios forestales y domsticos, etc.

Otras industrias. En la obtencin de papel, cartn, resinas, cidos (HCI, H2SO.,, HN03, etc.), fabricacin de aleaciones y materiales resistentes o ligeros para construir naves espaciales, buques, vehculos terrestres, etc.

Adems, la qumica sirve de ayuda a la Arqueologa (para determinar la antigedad de restos fsiles y de ese modo fechar los restos hallados), Mineraloga (en tcnicas de extraccin, y purificacin de metales), Astronoma (combustibles qumicos para los cohetes, ropa y alimentos concentrados para astronautas), etc.

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DIVISIN DE IA QUMICA

C ap tu lo I Qumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Por su gran amplitud y desarrollo, la qumica se divide en:

1. Qumica generalEstudia los fundamentos o principios bsicos comunes a todas las ramas de la ciencia qumica.

2. Qumica descriptivaEstudia las propiedades y la obtencin de cada sustancia qumicamente pura en forma

particular. Podemos subdividirla en:

2.1. Qumica inorgnica. Estudia todas las sustancias inanimadas o del reino mineral.

2.2. Qumica orgnica. Estudia todas las sustancias que contienen carbono (con excepcin de CO, C 02, carbonates, etc.) ya sean stos naturales (provenientes del reino animal y vegetal) o artificiales (plsticos, fibras textiles, etc.).

3. Qumica analticaEstudia las tcnicas para identificar, separar y cuan tificar las sustancias orgnicas e inorgnicas

presentes en una muestra material, o los elementos presentes en un compuesto qumico.

Se subdivide en:

3.1. Cualitativa. Estudia las tcnicas para identificar las sustancias qumicas (simples y compuestas) en una muestra material o los elementos qumicos presentes en un compuesto. As por ejemplo, se ha determinado que en el agua pura slo hay dos elementos: hidrgeno y oxgeno; en la sal comn, cloro y sodio; en el azcar de mesa, carbono, hidrgeno y oxgeno.

3.2. Cuantitativa. Estudia las tcnicas para cuantificar las sustancias qumicas puras en una muestra material o el porcentaje en peso que representa cada elemento en un compuesto, para luego establecer su frmula qumica. As por ejemplo, tenemos que en el agua hay 88,89 % en peso de oxgeno y 11,11 % de hidrgeno, luego, la frmula del agua ser H20.

Qumica aplicadaPor su relacin con otras ciencias y su aplicacin prctica, podemos subdividirla en:

4.1. Bioqumica. Estudia la composicin, estructura y funciones de las molculas complejas que forman sistemas biolgicos, e intervienen en procesos qumicos vitales, com o la fotosntesis, digestin, respiracin, reproduccin, circulacin, etc.

4.2. Fisicoqumica. Estudia todos los procesos en los que se relacionan los principios y leyes fsicas y qumicas, com o por ejemplo en la estructura atmica y molecular; termodinmica, propiedades de los gases, lquidos y slidos, etc.

4.3. Qumica industrial. Estudia la aplicacin de procesos qumicos y los insumos para la obtencin de productos qumicos sintticos a gran escala, com o por ejemplo los plsticos, caucho sinttico, combustibles, fibras textiles, fertilizantes, insecticidas, jabones, detergentes, cido sulfrico, soda castica, cloro, sodio, cido sulfrico, etc.

4.4. Petroqumica. Estudia la aplicacin de procesos y principios qumicos para obtener los productos industriales a partir de los derivados del petrleo, carbn y gas natural.

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C ap tu lo 1 Qumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Si los gobiernos no actan con sensatez y sabidura, con politicis pacifistas y con control del medio ambiente, la tecnologa puede aceirrear el exterminio de la raza humana en corto tiempo.

La humanidad necesita alimentacin, provisin de agua, educacin, medicinas, viviendas, etc., y la tecnologa ofrece poderosos medios para satisfacer esos requerimientos. El dinero que gasta el mundo en armamentos en slo dos semanas, sera suficiente invertir anualmente para lograr satisfacer todas las necesidades humanas primarias que se mencion anteriormente (clculo estimado por la Organizacin de las Naciones Unidas)

MTODO CIENTIFICO : . . _________ * _________________________________

Para adquirir los conocimientos cientficos, el hombre de ciencia no acta al azar o a ciegas; debe proceder siguiendo un camino que implica un conjunto de pasos ordenados, los cuales se convierten en una norma para realizar su trabajo y dar respuestas a las preguntis que se formule respecto al tema o problema particular que tiene entre manos el conjunto de dichas norma se llama mtodo cientfico.

Pasos generales del mtodo cientfico1. Observacin del fenmeno. El cientfico suele comenzar por la cuidadosa observacin de los

hechos o fenmenos en estudio, las condiciones a las que se producen y sus caractersticas particulcires. Por ejemplo, cuando se observa el fenmeno de oxidacin de un metal al someterlo a una llama proveniente de un mechero: se observcir detenidamente qu pirte de la llama (azul, roja o amarilla) est en contacto con el metal y los cambios de color en su superficie metlica.

2. Registro de datos. Es de importancia fundamental que anote y registre exactamente lo que observa durante el experimento. Para el ejemplo anterior, se anotar la parte de la llama que est en contacto con el metal para estaar la temperatura, el cambio de color del metal con el tiempo, el aumento de peso que experimenta, etc.

3. Organizacin de las observaciones. Muchos experimentos fracisan porque los datos y los hechos, por mucho cuidado que se tenga al observarlos y registrarlos con exactitud, no estn orginizados de modo que revelen ua tendencia o patrn, es decir, una regularidad; sto se ve con mayor facilidad si los datos se disponen en una tabla preparada con cuidado, graficando los resultados, usando smbolos, etc.

4. Formulacin de hiptesis. Una vez observada la regularidad, el cientfico busca explicar el fenmeno detalladeimente y en forma completa; para ello, plantea una suposicin, que es lo que se llama hiptesis cientfica.

5. Comprobacin experimental. Una vez planteada la hiptesis, sta debe explicar otros fenmenos similares, para ello es necesario reeilizar nuevos experimentos en idnticas condiciones.

6. Conclusiones lgicas. Luego de la comprobacin experimntal, el cientfico busca una conclusin lgica y formal para el fenmeno observado.

7. Comunicacin de los resultados. Las conclusiones deben ser comunicadas por escrito a otros cientficos que trabajen en el mismo campo, para que ellos tambin tengcin la oportunidad de objetar o corroborar las conclusiones, en cuilquier lugar donde ellos trabajan.

Si la hiptesis cientfica llega a comprobarse en cualquier lugar del mundo, se convierte en una Ley Cientfica.

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Slumwa.

4.5. Geoqumica. Estudia la composicin qumica de la tierra. Los objetivos principales de la geoqumica son: (1) la determinacin de la abundancia absoluta y relativa de los elementos qumicos en la tierra, (2) estudio de la distribucin y migracin de dichos elementos en las diversas partes de la tierra (atmsfera, hidrosfera y litosfera) y en sus minerales y rocas, intentando determinar las leyes o principios que rigen tal distribucin y migracin.

4.6. Astroqumica. Estudia la composicin qumica de los astros. As por ejemplo se ha determinado que la atmsfera del planeta Marte contiene nitrgeno (N2), anhdrido carbnico (C 02), helio (He) e hidrgeno (H2).

4.7. Farmoqumica. Estudia las propiedades de las sustancias qumicas y su accin nociva o benfica sobre los seres vivos. Por ejemplo, la accin de la penicilina, las drogas y antibiticos en seres humanos.

qENQA Y TECNOLOGA____________________- '__________ ' ' ' " ' :

Qu es la denda?En ios libros de ciencia, encontramos conocimiento cientfico, pero es un error creer que la ciencia

es solamente lo que dicen tales libros o lo que nos ensean los expositores (profesores y cientficos) en clases y conferencias. Porque la ciencia es principalmente una actividad, un hacer cosas. Todo conocimiento cientfico adquirido genera nuevas preguntas, nuevos problemas y nuevos retos. Ese renovado e incesante actuar de los cientficos en la bsqueda de nuevas ideas y nuevas respuestas es otro aspecto de la ciencia: la investigacin cientfica.

En resumen, la ciencia es un conjunto de conocimientos sistematizados acerca del mundo en que vivimos y, al mismo tiempo, es la actividad que realizan los cientficos en procura de nuevos conocimientos. La ciencia intenta comprender los cambios o fenmenos que ocurren en la naturaleza y en la sociedad, para lo cual formula principios y leyes acerca de los hechos y puede as proponer procedimientos para transformar el medio natural y social.

Qu es la tecnologa?Es la aplicacin de los conocimientos

cientficos en forma prctica sobre la naturaleza, transformndola y sirviendo a la satisfaccin de las necesidades humanas, por m ed io de ciertos procedimientos especficos: las tcnicas.Las tcnicas actuales se basan en conocimientos cientficos muy avanzados y complejos, constituyendo poderosos recursos para dominar el medio en que vive el hombre. Vivimos un elevado desarrollo tecnolgico, que incluso es capaz de producir la destruccin de la especie humana, a travs de armis

t nucleares, armas qumicas, contami- tecnologa moderna utiliza la energa nuclear para buques y submarinos nacin ambiental etc, al ser empleados muy veloces y de alto tonelaje. con fines privados.

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Qiiim isa

NOTACIN CIENTFICA -V

En la ciencia qumica y fsica, es muy comn tratar con nmeros pequeos y graneles como resultado de alguna medicin de una determinada magnitud. Podemos representar estos nmeros de manera sencilla y cmoda utilizando criterios de redondeo de nmeros y mltiplos de diez, lo que se lama simplemente notacin cientfica.

Antes de tratar la notacin cientfica, recordemos cm o representar los mltiplos y submltiplos de diez.

Los mltiplos de diez pueden representarse expresando diez elevado a una potencia (exponente) positiva.Ejemplo:

100 = 1 0 x 1 0 = 102 1 000 = 10 X 10 X 10 = 103

1 000 000 = 10 X 10 X 10 X 10 X 10 X 10 = 106Las fracciones de diez (o submltiplos) se representan en forma semejante con la nica diferencia

que en este caso se utiliza exponente negativo. Por ejemplo:

= 0 ,1 = 1 0 ' ; = 0,01 = 10'2 ; - = 0,0001 = 10 410 100 10 000

Como se observa en los ejemplos, el exponente positivo nos indica el nmero de posiciones de la com a decimal que se debe correr hacia la derecha a partir del uno (1) y completando con ceros, as:

103 = 1 0 0 ^ . (la coma decimal corri 3 lugares hacia la derecha)

105 = 1 0a coma decimal corri 5 lugares hacia la derecha)

El exponente negativo nos indica el nmero de posiciones de la com a decimal que se debe correr hacia la izquierda, a partir del uno (1 ) y completado con ceros, as:

102 = (la coma decimal corri 2 lugares hacia la izquierda)

10 "* = (la com a decimal corri 4 lugares hacia la izquierda)

La notacin cientfica tiene las siguientes formas:a, b x 10"" o con dos dgitos significativos a, be x 10""

C ap tu lo I

Ejemplo 2Escribir 0,000123 en notacin cientfica. Resolucin:Se debe colocar la com a decimal entre el 1 y el 2.

0 ,_0 0 0 j,2 3 Com o la com a decimal se movi cuatro lugares hacia la derecha, el exponente de 10 ser -4 (para que la coma decimal corra hacia la izquierda y de ese modo regrese a su posicin

original), as: 1,23 x 10'

4,5 x 10 9 aos

2,656 x 10'23g

.Q um ica, Ciencia y Sistemas de Unidades _ _ _

Ejemplo 5Simplificar la siguiente expresin:

g _ 0,6 x 4,02 x 0,0540,2 x 0,2

Resolucin:Expresando las cantidades decimales en potencia de 10, tenemos:

- 2 / - 2

Ejemplo 3La edad de la tierra es aproximadamente 4 500 000 000 aos. Expresar este nmero en notacin cientfica.Resolucin:Se coloca la com a decimal entre el 4 y el 5.

4 5 0 0 0 0 0 0 0 0

Como la com a decimal se movi 9 lugares hacia la izquierda, el exponente de 10 ser 9, as:

Ejemplo 4Un tomo de oxgeno pesa aproximadamente 0, 000 000 000 000 000 000 000 02656 gramos. Expresar este peso en notacin cientfica. Resolucin:Se coloca la com a decimal entre el 2 y el 6.O Q 0 0 0 O 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 .6 5 6 gy com o la com a decimal se corri 23 lugares hacia la derecha, el exponente ser -23, as:

E =6 x 10'1 x Afx l/ " x 5 * l /

402* l / ' ' x 2 x

= 15x10 3 = l,5x lOxlO '3

E = 1,5 x 10'

E jemplo 6La luz monocromtica de color amarillo presenta la longitud de una onda completa igual a 4 350x10 * cm. Qu longitud en centmetros le corresponde a 2 x l0 10 ondas?Resolucin:

Una onda

La longitud total de 2x 10 ondas ser: L = 2x10' x 4 350 x 10 8cm

= 8 700 x 102 cm = 8,7 x 103 x 102 cm

L = 8,7 x 105cm

En conclusin, si la com a decimal corre hacia la: derecha ( - ) =* el exponente ser negativo

izquierda ( - ) -* el exponente ser positivo Otros ejemplos:I. 14 000 < > 1,4 x 104 (con 2 dgitos)

< > 1,40 x 104 (con 3 dgitos)II. 5 580 < > 5,580 x 103 < > 5,58 x 103III. 0,00864 < > 8,64 x 10 3

Ejemplo 7Una persona pesa 83 kg. Expresar el peso de la persona en gramos usando notacin cientfica. Dato: 1 kg = 1 000 g Resolucin:W = 83 kg = 83 x 103 g W = 8,3 x 10 x 103g

W = 8,3 x 104g

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MEDICIN Y SISTEMA PE UNIDADES

Cuando se quiere cuantificar ciertas

magnitudes corno la masa, volumen,

tiempo, densidad, velocidad de un mvil, temperatura, presin, etc., se emplean instrumentos de medida y unidades

apropiadas. Por ejemplo, la tnasa de cierto

cuerpo se mide en la balanza, que registra,

digamos, 20 gramos (20 g); e! peso de un cuerpo se mide con el dinammetro que

registra digamos 50 Newton (50 N); la temperatura de una muestra de agua se mide con un termmetro, que registra, por decir, 15,5C; la densidad del alcohol etlico se mide con el densmetro y nos registra 0,789 g/mL (a

20C); el volumen de una muestra de cido sulfrico se mide con una probeta y nos indica digamos

84,4 mL.

Como se puede apreciar en estos sencillos ejemplos, utilizamos diversas unidades de medida y su representacin simblica. Por lo tanto, todo estudiante de ciencias debe conocer las diversas unidades

y sus respectivas equivalencias.

Diferentes tipos de termmetros que se fundamentan en la dilatacin del mercurio, utilizados en laboratorios clnicos y qumicos.

En el laboratorio encontramos diferentes tamaos de probetas y Balanza gramera, permite medir la masa de las sustanciasmatraces para medir el volumen de un liquido, tal como se muestra con una precisin de hasta un dcimo de gramo (0,1 g).en la figura.

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Q n m im Ciencia y Sistemas de Unidades

S IS TE l^ ClAsiCO PE - i '

. i Sistm p e r ic o -- Sistth ingls

Magnitud ;%^Siim absoluto^fe Sistema Sistema Sistema

-'-v : / ' ' . CGS , , MKStcnico absoluto tcnico

Longitud centmetro(cm )metro(m )

metro(m )

pie(ft)

pie(ft)

Masa gramo(g )

kilogramo(kg)

UTM libra(Ib) slug

Tiempo segundo(s)segundo

(s)segundo

(s )segundo

(s)segundo

(s)

Fuerza dina(din)Newton

(N ) kgf Poundallbf

Energa Ergio(erg)Joule

(J)kgf.m Poundal.ft Ibf.ft

Donde:UTM = Unidad tcnica de masa kg f kg = kilogramo fuerza

Las magnitudes fundamentales son la longitud (L ), masa (M ) y tiempo (T ), considerndose, las dems, magnitudes derivadas.

yPRfNaPAlES EPUlVALENClAS DE UNIDADES > ^ ^

Longitud " ; Masa(M) ' ;

1 m = 10 dm = 100 cm = 103 mm 1 km = 1000 m = 105 cm 1 milla martima (nutica) = 1852 m 1 milla terrestre = 1609 m 1 angstrm ( ) = 10 8 cm = 10~lom 1 yarda (yd) = 3 pie = 36 pulg 1 pie (ft) = 12 pulg = 30,48 cm 1 pulgada (pulg) = 2,54 cm 1 miera (/i) = 10"8 cm = 10 6 m

1 kg = 1000 g = 2,2 Ib 1 Ib = 16 onzas = 453,6'g 1 onza = 28,35 g 1UTM = 9,807 kg 1 slug = 1,488 UTM 1 tonelada (tn) = 1000 kg

'^ T ie m p o lr ) '

1 semana = 7 das I da = 24 horas 1 h = 60 min = 3600 s 1 min = 60 s

1 dina (din) = S 'cm s 2

1 Newton (N ) = kg.m = io5din s 2

1 poundal = 0,138 N 1 kgf = 103 gf = 9,8 N 1 lbf = 0,448 N

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Q u i m b a

1 joule = 107 ergios1 calora (ca l) = 4,184 J1 kcal = 1000 caloras1 electronvoltio (eV ) = 1,6x10 "12ergios1BTU = 252 calBTU = British Termal Unit1 litro x atm = 101,3 J

1 mililitro (m L ) = lcm 3 (cc )1 litro (L ) = 1 dm3 = 103 m 1 barril = 42 L 1 botella = 956 cc (m L)1 galn ingls = 4,545 L 1 galn americano = 3,785 L 1 pie3 = 28,32 L

/, . ' ' - r e i S : j ; - /

1 m2 = 104 cm 2 = 10,76 pie2 1 rea = 100 m21 hectrea = 100 reas = 104 m2 1 acre = 40,5 reas = 43,560 pie2 lm 2 = 100 dm2

1 atm = 76 cmHg=760 mmHg

= 1033 g^/cm2

= 14,7b /pulg2 ( p s i )= 1,013 x 105 Pa

lbar = 106 dina/cm2

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.l.)' - J ;

Ante la diversidad de sistemas de unidades y las diversas equivalencias, que hace tediosas las operaciones, para homogenizar unidades, naci oficialmente en 1 960 el S.l. que utiliza muy pocas unidades y es una ampliacin de la forma MKS del Sistema Mtrico Decimal. En la decimocuarta Conferencia General de 1 971, el Comit Internacional de Pesas y Medidas fija 7 unidades de base, 2 suplementarias y unidades derivadas, con sus smbolos correspondientes aceptados por todos los pases del mundo.

En nuestro pas a partir de 1 985 es obligatorio su uso, com o Sistema Legal de Unidades de Medida del Per (SLUMP).

Unidades en el sistema internacional". - 1i ---- -i;.., ""i" ..JTi..

M agnijtad:;3 f ftw4 g ; ^ n W t d ^ j ^Smbolo

Longitud metro m

Unidades base oFUNDAMENTALES

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad de corriente elctrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Intensidad luminosa candela cd

Cantidad de sustancia mol mol

ngulo plano radin rad UnidadesSUPLEMENTARIAS

ngulo slido estereorradin sr

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_______________________________________________________________________ Q um ica, Ciencia y.Sistemas de Unidades

Unidades derivadasSe caracterizan porque estn expresadas en funcin de las unidades fundamentales, as:

; \ Magnitud fsica y/ Unidad /-C. ; Smbolorea metro cuadrado m2

Volumen metro cbico m3

Densidad kilogramo por metro cbico kg/m3

Fuerza newtdn N

Presin pascal Pa

Trabajo, Energa joule J

Tensin o fuerza electromotriz (FEM) volt V

Cantidad de carga elctrica coulomb c

Frecuencia hertz Hz

Potencia, flujo calorfico watt W

El nombre de las unidades se escriben con letras minsculas, salvo en caso de comenzar la frase o luego de un punto. El smbolo de las unidades tambin se representa con letra minscula, excepto si proviene de nombres propios de cientficos.

Los smbolos no se pluralizan y no lleva punto.Ejemplo:

Incorrecto ** .i?* }; .,.,S e le e "v ;; ; 4,8 ms 4,8 m 4,8 metros22,4 Lts 22,4 L 22,4 litros

7 gs 7 8 7 gramos

Los nombres que provienen de cientficos deben mantener su forma original. Ejemplo: _ ____________ _____________________

Incorrecto , Correcto y , ^ Se lee4 voltios 4 volt 4 voltio

6 amperios 6 ampere 6 ampere

Los nombres se escriben en singular cuando la cantidad indicada se encuentra en el intervalo cerrado [1; -1 ). Se*escriben en plural cuando la cantidad indicada es mayor que 1 y menor que -1; con excepcin de las unidades hertz, Siemens y lux.Ejemplo:

. -* Plural

1 metro 8 metros

0,5 mol 1,5 moles

0,8 radin 20 radianes

0,5 metro 1,8 metros

1 hertz 20 hertz

0,6 lux 7 lux

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Captulo I Qumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Ejemplo: Para un milln de kilogramos.Resolucin:Como un milln equivale a 106 (prefijo m ega) y un kilo es 103, entonces se puede escribir as:

106x l0 3g = 109g = 1 Gg

Incorrecto Correctp*5

Qumisa

PREFUOS DEL SISTEMA INTERNACIONALSon usados para formar os nombres y smbolos de los mltiplos y submltiplos decimales del

Sistema Internacional. _____ ___ _______________________Prefijo , Smbolo Factor

exa E 1018

peta P 10'5

tera T 1012

Para giga G 109m ltiplos m ega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 10

deci d 10 1

centi c 10 2

mili m 10 3

Para m icro 10 6SUBMULTIPLOS nano n 10 9

pico P 10 12

fem to f 10 15

atto a 10 18

Los prefijos tienen por finalidad expresaren nmeros ms sencillos magnitudes muy grandes o muy pequeas, as:

10 000 L equivale lOxlO3 L = 10 kL,3600 000 m equivale a 3,6 x 106 m = 3,6 Mm

0,0000000032 m equivale a 3,2x10 9 m = 3,2 nm 0,000000000025 s equivale a 25x 10~12 s = 25 ps

Se observa que para expresar una determinada magnitud, se realiza de la siguiente manera:

; Cantidad ;j Numrica [PREFIJO] [UNIDAD] i

Asi, se tiene:24000 m < > 24x 103 m = 24 km

Debemos recordar que cuando se expresa un nmero utilizando la notacin cientfica, por convencin la potencia de 10, se escoge de modo que se halle un solo dgito a la izquierda de la coma decimal en el nmero ordinario.Ejemplo:

8464 J o 8,464 x 103 J = 8,464 kJ 0,0000572 W < > 5,72 x 10 5 W

En el sistema internacional de unidades, no se utilizan prefijos compuestos.

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P roblemas R esueltos

PreMemaiLa qumica es una ciencia experimental que no estudia la materia, en cuanto se refiere a:A ) Su composicinB) Sus propiedades fsicas y qumicasC) Las leyes que gobiernan sus transformacionesD) Los cambios de energa asociados a la

materiaE) Las leyes del movimiento que los gobierna Resolucin:Las leyes dei movimiento que gobiernan a los cuerpos materiales son estudiadas por la ciencia fsica y no la qumica.

Rpto: B

Prablema 2Seale la disciplina que conocimientos qumicosA ) FsicaC) MedicinaD) Lengua y Literatura Resolucin:El estudio de Lengua y Literatura no requiere el apoyo de la ciencia qumica.

R pta :t>

Prablema 3Estudia los fundamentos o principios bsicos comunes a todas ias ramas de la ciencia qumica:A ) Qumica descriptivaB) Qumica inorgnica'C ) Qumica generalD) Qumica analticaE) Qumica aplicada Resolucin:Los principios bsicos comunes a todo el campo de la ciencia qumica es estudiado por la qumica general.

Problema 4Para determinar la constitucin y frmula de un compuesto qumico en forma experimental, se requiere conocimientos de:A ) Qumica generalB) FisicoqumicaC) GeoqumicaD) Qumica descriptivaE) Qumica analtica Resolucin:La qumica analtica permite identificar el tipo de elemento y la cantidad en que interviene en la estructura interna de un compuesto, para luego establecer su frmula. _______

Rpta: E

ProblemasSeale la disciplina que no pertenece a la qumica aplicadaA ) Geoqumica B) AstroqumicaC) Qumica industrialD) Qumica orgnica E) Petroqumica Resolucin:La qumica orgnica es parte de la qumica descriptiva que estudia los compuestos del carbono, no pertenece a la qumica aplicada.

[Rpta:D

ProblemasLa notacin cientfica de los nmeros 0,00405 y 24 808 son respectivamente:A ) 4,5x10 5 y 2,48xl04B) 4,05x10 5 y 2,4808x 104C) 0,405x 102 y 2,48x 105D) 4,05x10 3 y 2,4808x10"E) 4,05x10 4 y 2,4808xl05 Resolucin:

0,00405 = 4,05 x 10~3VAJ j24808 = 2,4808x104

R p t ;C

no se apoya de los

B) Arqueologa

E) Mineraloga

Rpta: D

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C ap tu lo I Q um ica, Ciencia y Sistemas de Unidades

Problema?Sealar la proposicin incorrecta:A ) La ciencia es slo un conjunto de

conocimientos sistematizados acerca del mundo en que vivimos.

B) La tecnologa es la aplicacin prctica de los conocimientos cientficos para actuar sobre la naturaleza, transformarla y satisfacer las necesidades humanas.

C) La tecnologa actual se basa en conocimientos cientficos muy avanzados y complejos

D) Los con oc im ien tos c ien tficos son susceptibles de comprobacin experimental

E) La ciencia y tecnologa no se aplican con neutralidad.

Resolucin:La ciencia no slo es un conjunto de conocimientos sistematizados acerca de la naturaleza, sino tambin la investigacin cientfica en procura de nuevos conocimientos.

Rpia:

Problema!Cul de los siguientes pasos no corresponden al m todo cientfico?A ) Registro de datosB) Comprobacin experimentalC) Deduccin de las frmulasD) Formulacin de hiptesisE) Observacin del fenmeno Resolucin:La deduccin de frmulas no constituye uno de los pasos del mtodo cientfico.

fy f i'C s

Problema 9Respecto a t e unidades, segn el Sistema Internacional (S.I.), indicar lo correctoA ) 0,5 moles B) 20 radin C ) 30 voltD) 200 kgs E) 50 m.

Resolucin:Analicemos cada alternativa:A ) Es incorrecto, en t e cantidades fraccionarias

comprendidas entre 1 y -1, la unidad no se pluraliza. Debe ser 0,5 mol

B) Es incorrecto, en cantidades mayores a la unidad, la unidad se expresa en plural. Debe ser 20 radianes.

C ) Es correcto, la unidad que proviene de nombre de un cientfico lleva el nombre original

D) Es incorrecto, la unidad no se pluraliza. Debe ser 200 kg

E) Es incorrecto, luego de! smbolo de una unidad no se coloca el punto decimal, en caso de que se utilice el punto por cuestiones gramaticales se debe dejar un espacio en blanco.

^Rpta: cj

Problema 10Se adquiere 4 galones (USA) de aceite lubricante. Si la densidad del aceite es de 0,8 kg/L, y cada kilogramo de aceite cuesta 2,25 soles, cul es el costo total?Dato:1 galn USA = 3,785 L Resolucin:Por el mtodo de factor de conversin se tiene:. . . . . . 3,785 L 0,8 kg S/.2.254 galones USA x :-----------x 2 x '

galn USA 1L kg

Costo = S/.27,2

Problema 11El dimetro de cierto tomo es 2,54 A. Cul es la

medida del dimetro en pulgadas?Resolucin:Sea D= dimetro del tomo Mediante factores de conversin:

D = 2,54X x ^ * - l P ulg - D = 108pulg 1X 2,5401/

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Problema 12La presin que ejerce el aire atmosfrico a nivel del mar es 1,033 kgf/cm2. Cul es el valor de esta presin en lbf/'pulg2?Resolucin:Sea P = presin atmosfrica Equivalencias a utilizar 1 kgf = 2,2 lbf ; 1 pulg2 = 6,45 cm 2Mediante factores de conversin, tenemos:

W 2,2 lbf 6,45 c/nP = 1,033-

:F 2 1 'Pu 'S 2

P = 14,7- lbf

pulg2

Problema 13Una barra uniforme de acero tiene una longitud de 10 pulgadas y su masa es de 6 libras. Cul es la masa de la barra en gramos por cada centmetro?Datos: 1 pulg = 2,54 cm ; 1 lb= 454 g Resolucin:Evaluemos la masa de la barra en Ib /pulg

E . - l f i - . 0,6- J i lo pulg pulg

Ahora transformemos a gramos por cm.

v 454g ip y igE = 0,6

pylg l/ 2,54 cm

E = 107,24cm

Problema 14Se necesita fundir 20 toneladas de cobre. Por cada kilogramo de cobre fundido se gasta 0,5 toneladas de carbn y se desprende 1 000 caloras porcada kilogramo de carbn utilizado. Cuntas kilocaloras se desprendieron en total? Resolucin:Con datos del problema, plantearnos las siguientes equivalencias.1 kg (Cu) < > 0,5tn(C) = 0,5 x 103 kg (C ) lk g (C ) < > 10 cal = 1 kcal

Luego, por factor unitario hallamos el calor necesario para fundir 20 tn(Cu)20 tn(Cu) = 20x103 kg (Cu) = 2 x l04 kg(Cu)

0,5 x 103Jg(C)Q = 2 x lo V s (C u )

Q = 107 kcal

K 8 (Cu)

1 kcal

Problema 15La densidad del gas hidrgeno H2 a cierta condicin de presin y temperatura es 2x10 3g/cm3.Cuntos kilogramos pesan 5 m3 de gas H2? Resolucin:Tener en cuenta las equivalencias:1 m = 102 cm = 1 m3 = 106 cm 3 Como: volumen = 5 m 3 = Volumen = 5x 106 cm 3

Se sabe: Densidad =masa

volumen

De donde:masa = (densidad) x (volumen)

2 x 10

masa = 10 kg

a /(5x 106cpr3) lkg

i o y j

Problema 16En una reaccin de fisin nuclear, cierta masa radioactiva se transforma en energa equivalente a 20,9xl0'7 ergios. Cul es la energa producida en kcal?Resolucin:Equivalencias:1 J = 107ergios ; 1 kcal = 4 186 JSea E la energa

E = 2,09 x 10l7^Tg x l k c a l107 qig 4186/

- E = 4,9 x 106 kcal

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* W "*

IIC A P T U L O

iw':.. ' ^ - .^ y ^

9/ 26 t t f f l i j lF B a i c i i t t

A. Muestra el sol, que es la principal fuente de energa, sta luego se transforma en otros tipos de energa como calor, biolgica, elctrica, etc. La energa solar cumple funcin vital en plantas y animales.

B. Muestra el sistema Solar formado por planetas y satlites, dichos cuerpos estelares son cuerpos materiales gigantes constituidos por los mismos elementos qumicos que hay en la tierra.

C. Tenemos el agua en sus tres estados de agregacin molecular: slido, lquido y gaseoso. El estado plasmtico es slo para sustancias simples o elementos, donde sta se encuentra totalmente ionizado (x++e~)

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j M ateria

OBJETIVOS ! Ser capaz de diferenciar un cuerpo material o fsico y ia energa, y cm o se relacionan ambos, f Comprender que, para reconocer los diferentes tipos de cuerpo materia!, se debe conocer sus 1

propiedades fsicas y qumicas, segn el estado en que se presenta. . Aprender a separar los elementos de una mezcla segn el tipo de sus componentes utilizando

tcnicas adecuadas y comprender que estas operaciones son tareas cotidianas en el laboratorio y ia industria.

Entender ia importancia de un sistema quu

INTRODUCCIN

Materia, es todo aquello que est a nuestro

alrededor. Todo lo que form a 'el universo es

materia, a cual se manifiesta com o cuerpo fsico

o sustancia material y energa. La materia es

muy compleja en su composicin y propiedades;

en busca de una explicacin coherente y lgica

de su composicin y propiedades, es necesario clasificar los diferentes tipos de materia.

As surge la definicin de sustancia qumica

pura (sim ple y com puesta) y m ezcla

(hom ognea y heterognea ), fenm eno

alotrpico, etc. Es necesario tambin definir el

sistema qumico y estudiar las tcnicas de

separacin de mezclas, tan importantes en los

procesos de separacin y purificacin de

sustancias qumicas puras. La materia es slo,

aquello que posee masa y volum en''

Definitivamente no. La energa tambin es una

forma de materia, es materia dispersada, com o

lo sostena Albert Einstein.

En esta figura, se nene diversos ejemplos de minera, incluyendo laluz.

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Qumica

CONCEPTO DE MATERIA _____________________________________

Citemos algunos ejemplos de materia:A. Cuerpos gigantes del espacio sideral (Tierra, Luna, Marte, las estrellas, etc).b. Agua, sal de mesa, azcar, alcohol, etc.c. Tiza, aire, cuaderno, lapicero, borrador, etc.d . Luz, ondas de radio y TV, rayos x, calor, etc.

Qu concepto podemos citar de la materia?Podemos decir que:

Es todo aquello que constituye el Universo, se encuentra en constante movimiento y transformacin mediante fenmenos fsicos y qumicos, principalmente; adems su existencia es independiente de nuestros sentidos y del hombre.

El hombre estudia la materia segn la forma como sta se manifiesta:1. Forma Condensada (materia condensada, segn

Aibert Einstein), sustancia o cuerpo material, posee dos caractersticas imprescindibles: masa y volumen (o extensin), como los ejemplos citados en A , B y C.

2. Forma Dispersada (materia dispersada, segn Einstein) o simplemente Energa, como los ejemplos citados en D .

Qu es la masa de un cuerpo material?La masa, es la cantidad de materia o cantidad de

partculas (tomos, iones o molculas) que posee un cuerpo y se mide en unidades apropiadas (gramo, kilogramo, libra, tonelada, etc).

La masa inercial, es la medida de la resistencia que ofrece a cambiar su estado de reposo o movimiento, llamado inercia. Por ejemplo, una bola de plomo ofrece mayor resistencia que un baln de ftbol, para ponerlos en movimiento; por lo tanto la bola de plomo tiene mayor masa (mayor inercia).

El hombre sobre la luna. Todo lo que constituye los cuerpos siderales como la tierra, luna, jpiter, saturno, neptuno, las estrellas, etc., es materia.

Qu es energa?La energa es una forma o cualidad intangible de la materia que causa un cambio o interaccin de

cuerpos materiales; en otros trminos, es la capacidad para realizar trabajo. Por lo tanto, todo cambio (o fenmeno) fsico, qumico o nuclear que ocurre en cuerpos materiales es causado por la energa. La energa puede ser mecnica (cintica y potencial), calorfica, luminosa, elctrica, nuclear, electromagntica (ondas de TV, ondas de radio, microondas, rayos X, etc ).

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Captulo 11M ateria

RELACIN MASA-ENERGA

Albert Einstein, fsico alemn, en 1 905, en su obra Teora EspeciaI de la Relatividad" , plantea que la masa y energa son dos formas de la materia que estn relacionado, mediante la siguiente expresin:

Donde:

E = energa almacenada en un cuerpo material

de masa m

c = velocidad de la luz

Adems, si el cuerpo material sufre algn fenm eno o cambio se cumple:

Am = variacin de la masa del cuerpo material durante un cierto proceso, que se transforma en energa (AE)

AE = variacin de energa en el proceso debido a Am.

Es importante saber que, en los fenmenos fsicos y qumicos ordinarios, la variacin de energa ( AE) es muy pequea debido a que Am es insignificante (los instrumentos de medida no pueden detectarlo), por lo que es correcto afirmar que la masa de un sistema fsico o qumico permanece inalterable, o sea se cumple la ley de conservacin de masa.

Sin embargo en procesos o fenmenos nucleares tiene alta significacin porque involucra grandes cantidades de energa, provenientes de la conversin de una cierta masa (Am ) relativamente pequea segn la ecuacin AE = Am c2.

Esta relacin es muy utilizada para realizar clculos de variacin de masa y variacin de energa en las reacciones nucleares de fisin nuclear, fusin nuclear, radiactividad, transmutaciones artificiales, etc. La fisin nuclear ocurre en las bombas atmicas y centrales nucleares; la fusin nuclear ocurre en forma natural en el sol y otras estrellas; es el origen de la energa solar.

Ejemplo: Se sabe:

En un proceso nuclear de fisin, 10 gramos de AE = Am c2 = 10 g x (3 x l0 ') 2 cm 2/s2plutonio (Pu-239) se transforman en energa. = 9x l021 ergios

La energa solar se forma mediante reaccin nuclear de fusin, donde una cierta masa solar se transforma en energa.

Donde:

Calcular dicha energa en Ergios y Joule.

Resolucin:

Datos: Am = 10 g = 10x10 3 kg AE = ?

AE = 10x10 3 kg x (3 x 108)2 m/s2

= 9x1014 Joule

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Q u l m i e

Cabe sealar que segn la teora de la relatividad, la masa inercia! de un cuerpo aumenta con el aumento de su velocidad, segn la siguiente ecuacin:

m,Illf

/ \?V.

1 -N 1 c J

Donde:m = masa inicial (en reposo) mf = masa final, cuando su velocidad es vf .

Esta relacin es significativa slo para cuerpos que viajan a grandes velocidades, com o por ejemplo las partculas subatmicas aceleradas (electrones, protones, neutrones, etc.) en ciclotrones y betatrones, que son instrumentos creados por el hombre para incrementar la velocidad de partculas. Para cuerpos ordinarios, cuyas velocidades son muy pequeas respecto a la velocidad de la luz, el incremento de la masa inercial es extremadamente pequea que ningn instrumento de medida es capaz de detectar, por lo tanto no tiene mayor significado.

Cuando se dice que la masa inercia! de un cuerpo aumenta, rio significa que va a aumentar el nmero de tomos o molculas * pues stos permanecen inalterables, lo que se quiere decir es que la fuerza para vencer su inercia aumenta, puesto que va inc^ mentarse su velocidad.

Ejemplo:Un electrn posee una masa en reposo igual a 9,1 x 10 28 g. Un acelerador de partculas le dota de una velocidad igual a 3/4 de la velocidad de la luz. Cul es el porcentaje de variacin de su masa inercial?Resolucin:Datos:

m, = 9,1x10 28 g

Vf = - C 4

Am = m f - m Am

m ,% Am = 1 0 0 . (o )

Calculemos primero la masa final:

m 9,1 x 10 28gm, = -

i -

/ \

V,12

f i e )\ c i - 4

N c

9.1 x 10"28g 9,1 x 10-gm f = - = 1----------Vi - 9/16 P T

)J 16

9.1 x 10'28g 9,1 x 10'28 g x 4m = ;--------- = :--------- a-----JL/16

36 ,4x l0 -28g x [ q.28' 2,6457

Luego, la variacin (aumento) de masa ser: Am = 13,75x10 28 g - 9,1 x10 28 g = 4,65x10 28 g

Finalmente, reemplazando en (a )4,65 x 10"28g 1AA _ , n.%Am = -------------5. x loo = 51 %9,1 x 10'28g

Observamos que el aumento de masa inercial del electrn es significativa, puesto que representa el 51 % respecto de su masa en reposo.

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C ap tu lo IIM ateria

ESTADOSFSICOS PE U MATERIA . . . ______ / ____ ;__________ ' . 'El cuerpo material se presentaen el Universo en cuatro estados: slido, lquido, gaseoso y plasmtico.

Los tres primeros son ms comunes a temperatura ambiental y por lo tanto de mayor importancia, por

ahora los trataremos en forma somera. Posteriormente, estos estados son analizados con mayor

profundidad.

El siguiente cuadro nos muestra una breve comparacin de los tres estados fsicos de la materia en base

a la sustancia agua.

ESTADO SLIDO ESTADO LIQUIDO ESTADO GASEOSO

' V (hielK-, .,/ W - , Fc fefefe _ .

* ..

^ - _ Fe % - fe * _ ' fe > F f *

j n

\_Vapor de agua

* * * .* Fr *

Posee tora y goitmiep. / definido. v.v . .

Las parpynivsMo poseed ' movimiento de vibftci&n

debido a F. < F ,'< * Es incomprMibte,

Posee volumen defimdp y . ' fdrma variable/ "* '*Xas partculas vibran yf resbalan uno sobre otr(V/ " debido Tr-= Fe ,. -l ^v * Compresibilidad cas nula.

Posee forma y volumen variable.

Sos parriculas se encuentran- muy separadas y con movi- : miento de traslacin debido i Fr > Fe . .. J

Alta compresibilidad

Donde:

Fe = fuerza de cohesin o atraccin intermolecular

Fr = fuerza de repulsin intermolecular

Partcula = molcula.

A los lqu idos y gases se los llama fluidos, debido a la gran movilidad de sus molculas, por lo que

no ofrecen resistencia a la deformacin y por diferencia de presiones fluyen de mayor a menor presin.

Cambios de Estado Fsico. Como se puede apreciar en los ejemplos citados, un estado fsico depende , del grado de movimiento de sus partculas, por lo tanto depende de factores externos como la

temperatura y presin.

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Qumis

El siguiente esquema nos muestra el nombre especfico de los cambios de estado a presin constante, solo por efecto de la temperatura:

'Con aumento de Temperatura

Sublimacin

Deposicin o sublimacin regresiva

Ejemplo ilustrativo:

teTanien-o-c t ------- c

Tsolidificacin=0 C

Vapor

Tcbalci6n=100C

fcondensacin 100C

Hielo:h2(s) H A ,)

Ejemplos de sublimacin:

1- C02(.) C2(s) 2. CioHg(l) ASmL^ CioH8(g)Hielo seco

Ejemplo de deposicin o sublimacin regresiva:

H20(S)Escarcha"

Estado plasmtico. Es un estado de alta energa, donde la materia est totalmente ionizada en forma de cationes y electrones libres (x+ + e" ). Las estrellas, por ejemplo el sol, estn formadas por plasma de hidrgeno (H+ + e ' ) y helio (H e+2 + 2 e ), a temperaturas ste muy altas (T > 10 000 C). Por lo tanto, el estado plasmtico es el ms abundante en el Universo.

Artificialmente, se puede obtener plasma de cualquier elemento, sometiendo a una temperatura muy

alta (T> 10 000C) en un aparato llamado plasmatrn.

T j-n , > Disminucin H2U(g) brasca ^Vapor de agua .^ u x fs p m ia a ...

en el aire J jgS fc* ""

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Captulo IIM ateria

PROPIEDADES DE A MATERIA (del cuerpo material)

Una sustancia se identifica y se distingue de otras por medio de sus propiedades o cualidades fsicas y qumicas. Las propiedades son las diversas formas en que impresionan los cuerpos materiales a nuestros sentidos o a los instrumentos de medida; as podemos diferenciar el agua del alcohol, el hierro del oro, azcar de la sal, etc, debido a sus propiedades.Las propiedades de la materia pueden clasificarse en dos grandes grupos: generales y especficas.I. Propiedades generales. Son las propiedades que

presenta todo cuerpo material sin excepcin y al margen de su estado fsico, as tenemos:Masa. Mide la cantidad de sustancia.Volumen. Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio Impenetrabilidad. El espacio ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro al rnismo tiempo.Divisibilidad. Todo cuerpo puede dividirse en fracciones cada vez ms pequeas.Porosidad. Todo cuerpo posee espacios intermoleculares Peso. Todo cuerpo es atrado por accin de la gravedadAs por ejemplo el agua y el oro poseen las mismas propiedades generales: masa y volumen, se pueden dividir, tienen peso, el espacio ocupado por ellos no puede ser ocupado por otro al mismo tiempo, etc.

II. Propiedades especficas (o particulares). Son las propiedades peculiares que caracterizan a cada sustancia, permiten su diferenciacin con otra y su identificacin. Entre estas propiedades podemos citar: densidad, punto de ebullicin, punto de fusin, ndice de refraccin de la luz, dureza, tenacidad, ductibilidad, maleabilidad, solubilidad, reactividad, actividad ptica, energa de ionizacin, electronegatividad, acidez, basicidad, calor latente de fusin, calor latente de evaporacin, etc.As por ejemplo el azcar y la sal poseen las mismas propiedades generales, pero se diferencian porsus propiedades especficas, com o sabor, densidad, solubilidad en l agua, punto de'lusnTEl vidrio y el hierro se diferencian