miércoles, noviembre 08, 2006

Semana de la ciencia 06

Bueno como muchos ya debéis saber se acerca la semana de la ciencia o bien en muchos otros lugares, para todos aquellos que estéis interesados, aquí os dejo un interesante link para actividades que se realizan estos días:

de ahí podréis acceder a aquello que más os interese, de química hay bastantes cosas.

jueves, septiembre 07, 2006

Experimentando la presión de vapor

Los estados de la materia

Actualmente se conocen cinco estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso, plasma y condensado de Bose-Einstein. De entre los dos últimos, el primero viene a ser algo así como un gas en el cual hallamos átomos ionizados y electrones libres, y el segundo es un estado muy especial que sólo se da a temperaturas extremadamente bajas. Los tres primeros son los que se nos enseñan en primaria, y en ellos encontramos partículas (átomos y moléculas) conformando los cuerpos de forma más o menos ordenada, según la energía que posean y las características de esas partículas.
Todas las partículas poseen una cantidad de energía que las hace vibrar, y que está relacionada con la temperatura: cuanto más energía tengan, cuanto más velozmente se muevan, mayor será la temperatura. Partículas con baja energía y capaces de formar enlaces muy estables formarán por lo general objetos sólidos. Subiendo la temperatura, es decir, añadiendo energía (de hecho, sabemos que cuando subimos la temperatura calentamos un cuerpo. El calor es un mecanismo de transferencia de energía, no una forma de energía, y no tiene sentido hablar del calor de un cuerpo, sino del calor que un cuerpo transmite a otro) las partículas vibrarán con más fuerza, y podrán romper algunos enlaces, de modo que se desparramarán como lo hace un líquido. Las partículas de un líquido no se mueven en él de forma solitaria: siguen existiendo enlaces, pero más débiles, que en ocasiones se rompen para formarse luego otros nuevos. Subiendo la temperatura de nuevo podemos transmitir a las partículas la energía necesaria para librarse de las demás, de modo que se moverán individualmente y se dispersarán como lo hace un gas.

A pesar de que las moléculas de líquidos y gases logran una libertad de movimiento superior a las de un sólido, no dejan de interaccionar entre sí. Se mueven desordenadamente, chocando constantemente entre sí y cambiando de ese modo la dirección en la que se desplazan. No es difícil imaginar como algunas de las moléculas de un líquido se moverán hacia fuera de éste, tal vez con el impulso proporcionado por algún choque. Algunas no llegarán muy lejos: impactarán contra alguna molécula del aire y retornarán al líquido, pero otras se fugarán y conformarán lo que se llama vapor. Si calentásemos el líquido, las partículas escaparían más fácilmente, al tener más energía, y si disminuyésemos la presión externa también, pues las moléculas de líquido no se encontrarían con tantas moléculas de aire que se opusieran a su escape.


Presión de vapor

Imaginemos ahora un recipiente herméticamente cerrado en cuyo interior se ha hecho el vacío. Introducimos entonces, a través de algún conducto por el cual no puede entrar aire, agua hasta la tercera parte, o la mitad. Debido a que, como hemos visto antes, siempre hay algunas moléculas del líquido que logran escapar, y puesto que no hay moléculas de aire que puedan interponerse, rápidamente comenzará a evaporarse el agua, de modo que la presión ejercida por el vapor crecerá rápidamente, y durante un corto periodo de tiempo, tras el cual se mantendrá constante. Esta presión podría ser medida si hubiéramos acoplado al frasco algún dispositivo diseñado a tal efecto, y sería la llamada presión de vapor del agua a la temperatura a la que se hubiera efectuado el experimento.
El hecho de que haya dejado de evaporarse líquido y de que la presión permanezca constante no significa, en contra de lo que pueda parecer a nivel macroscópico, que ya no ocurre nada en el sistema. En realidad se ha alcanzado un equilibrio dinámico, en el cual constantemente moléculas de vapor vuelven a caer al líquido, y moléculas de líquido escapan integrándose en el vapor. Por otro lado, el detalle de la temperatura es muy importante: como se explicó antes, a mayor temperatura, más energía, y cuanto mayor es la energía de las moléculas o átomos de gas, mayor será la presión que podrán ejercer, es decir, la presión de vapor. En el nivel del mar, la temperatura del punto de ebullición de un líquido es aquella necesaria lograr que su presión de vapor sea una atmósfera, que es la presión que ejerce el aire a ese nivel. A una gran altitud, la presión de vapor necesaria para la ebullición se situará por debajo de la atmósfera (pues el peso del aire es menor) y bastará con una temperatura más baja para lograrla.


Experimentando

Si ahora disolvemos un soluto no volátil en un líquido, sus moléculas dificultarán la evaporación de las del disolvente. Sin embargo, las moléculas de vapor no tendrán ningún problema para reintegrarse al líquido al mismo ritmo que lo hacían antes. De este modo, el equilibrio dinámico alcanzado antes, en el que había moléculas que escapaban y moléculas que volvían con la misma frecuencia, se rompe. Ahora son más las moléculas que vuelven que las que se van, de modo que la disolución tomará más vapor del que desprende, descendiendo así la presión de vapor hasta el punto en el que se restituya el equilibrio. Esto se puede comprobar realizando un sencillo experimento que hice en mi casa este verano: se toman dos vasos pequeños (yo usé dos minúsculas fiambreritas de plástico) y se llena uno de ellos hasta más o menos la mitad con agua (en mi caso utilicé agua de grifo), al que llamaremos A, y el otro con una disolución de agua y algún disolvente no volátil, al que llamaremos B. Yo usé una disolución saturada de sal de cocina, pero probablemente el azúcar sea una buena opción. Se hace una pequeña marca en el nivel de ambos y se colocan en un recipiente cerrado, tras lo cual deberemos esperar durante bastante tiempo para apreciar cambios; de hecho, la diferencia que se puede observar en la fotografía entre los dos recipientes que empleé no se alcanzó hasta pasado el mes y pico. Por otro lado, no es difícil darse cuenta de que la diferencia entre ambos no es la misma. Esto puede deberse a diversas imperfecciones del experimento, pero en cualquier caso se aprecia el resultado del fenómeno que se explica a continuación.

Lo que ocurre es que la presión de vapor del agua de grifo es superior a la presión de vapor de la disolución saturada y, por tanto, la concentración de moléculas de vapor necesaria para que A y B estén en equilibrio es distinta para ambos. Y tanto A como B intentarán que esa concentración sea la necesaria para mantener su propio equilibrio. Supongamos por un momento que la concentración moléculas de vapor tenga un valor intermedio al necesario para lograr el equilibrio de A y B. Que sea una concentración superior a la que necesita B e inferior a la que necesita A. Lo que hará A entonces será empezar a desprenderse de sus propias moléculas, para aumentar así la concentración. Sin embargo, al mismo tiempo, B estará absorbiendo moléculas de vapor, tratando de disminuirla. Poco a poco, el nivel de A irá bajando, pues se estará evaporando en sus esfuerzos por alcanzar el equilibrio, y B irá subiendo, pues no cesará de tomar moléculas con el mismo objetivo, moléculas que, en cierto modo, le cederá A.


Concursando en la tele

Podría servir la siguiente analogía para explicarlo: imaginad que estáis en uno de esos estúpidos concursos de la tele en los que se someten a los concursantes a ridículas pruebas que más bien parecen juegos infantiles con el aliciente de ganar un coche o un viaje con todos los gastos pagados. Os meten en un bidón de plástico que os llega hasta la cintura, lleno de unas pequeñas y pesadas bolas de plástico que representarían las moléculas de agua, y hacen lo mismo con vuestro adversario, al cual le sacáis unos cuantos kilos. Ambos bidones están sobre unas básculas que marcan el peso de estos. El peso podría ser análogo a la presión de vapor del experimento. Puesto que vuestro contrincante pesa menos, su presión de vapor será menor, de modo que él será la disolución saturada y a vosotros os habrá tocado el soso papel de agua de grifo. Entre los dos bidones hay un enorme cuenco, en cuyo interior hay algunas bolas, de modo que pesa menos que vuestro dispositivo y más que el del otro, y tendréis que arrojar bolas dentro de él, o sacarlas, para lograr igualar el peso de vuestros respectivos bidones con el del cuenco. Estas bolas serían análogas a las moléculas de vapor, y su peso a la presión que ejercen sobre los bidones (que no se corresponde con sus respectivas presiones de vapor). Comienza la cuenta atrás, y mientras el público vocifera animando a su favorito y el presentador describe con frases inconexas el desarrollo de la prueba, utilizando un vocabulario limitado y vulgar, vosotros os dedicáis a descargar vuestro bidón de bolas para reducir el peso, arrojándolas al cuenco para aumentar el suyo. Pero vuestro ruin adversario coge las bolas del cuenco, para diminuir el peso de éste, y las introduce en su propio recipiente, para aumentarlo e intentar también equilibrar los pesos, de modo que poco a poco lo va llenando mientras vosotros véis como el vuestro se vacía. Lo mismo ocurre con los dos vasos, A y B. Y si los dejáis el tiempo suficiente, varios meses, A se vaciará por completo y B tomará toda su agua, suponiendo que quepa. Es un experimento sencillo y, si realizáis el montaje con mimo, podéis dejarlo en un lugar visible a modo de elemento decorativo. Así que no tenéis excusas.


Por cierto, con lo que ahora sabéis... ¿se os ocurre cómo y porqué afecta un soluto al punto de ebullición?.

Saludos.

domingo, julio 23, 2006

Dihidrogeno como combustible

Nos dejamos más dinero en las gasolineras que en otro sitio, y eso a nosotros los científicos nos trae de cabeza. ¿Porqué debo gastarme 50 euros en llenar el depósito si con otro tipo de combustible nos gastariamos ni la mitad? Bajo este lema, científicos e ingenieros se han dado la mano para trabajar con nuevos combustibles. Un ejemplo de ellos es el dihidrogeno.

La reacción de dihidrogeno con dioxígeno es exotérmica (produce 286 KJ/mol) y su único producto es agua. La quema de gasolina produce unos 7oo KJ/mol aproximadamente, y tiene como subproductos azufre, monóxido de carbono, entre otros componentes tóxicos y dañinos.
¿Por qué no usamos dihidrogeno si es tan funcional? El dihidrogeno es un gas, y su almacenamiento conlleva problemas puesto que necesita un recipiente con paredes gruesas, lo que provoca que la tara del vehículo aumente considerablemente. Podriamos pensar en el uso de hidrogeno líquido, pero para ello necesitariamos mantener el recipiente a -253ºC.

Aunque aún se esten investigando técnicas de almacenamiento y producción de dihidrogeno, ya se ha empezado a usar como combustible en vuelos especiales. También han abierto las primeras plantas piloto de generación de dihidrogeno y dioxígeno a partir de otras fuentes de energia renovables (la que se obtiene mediante viento, agua y olas).

Bibliografia: Geoff Rayner-Canham. "Química inorgánica descriptiva" 2a Ed. Pág: 125

jueves, julio 20, 2006

Técnicas químicas

En este artículo explicaremos como son y de que tratan algunas de las técnicas básicas en química. Es (más o menos) un pequeño extracto de lo que se explica en la primera asignatura de laboratorio. Como guía nos basaremos en las prácticas realizadas el primer semestre del primer curso de la Licenciatura de Química en la UAB.

Práctica 1: balanzas y material volumétrico
En esta práctica se aprende a usar los diferentes tipos de balanzas: analítica (+/- 0,0001), de precisión (+/- 0,001) y granataria (+/- 0,01). También se estudia el diverso material volumétrico y se enseña para qué función se utiliza cada recipiente: los vasos de precipitado y los matraces son para contener líquidos; las pipetas, buretas y probetas para medir; y los matraces aforados para preparar disoluciones de concentración exacta.

Durante la realización de la práctica aprendemos que significa ambientar el material (mojar las paredes del material con la disolución que queremos medir antes de medirla para evitar que se contamine), y el concepto de error relativo, que nos da información precisa sobre el resultado obtenido en la medida.

Práctica 2: separación y purificación de sólidos
Se basa en separar varios sólidos según sus propiedades. Se usa sulfato de bario (BaSO4), ácido benzoico (C6H5COOH) y sulfato de cobre (II) (CuSO4).

Se mezcla todo en un vaso de precipitados, se calienta y se realiza el siguiente procedimiento:
1- Se separa por filtración: en el papel nos queda BaSO4 que es insoluble.
2- Se separa por precipitación: después de filtrar obtenemos una solución de color azul. Si añadimos NH3 y BaCl2, el ion Cu(II) formará un complejo con el NH3: [Cu(NH3)4]+2, y el ión Ba(II) formará BaSO4 con el ion SO4-2.
3- Se separa por sublimación: el filtrado anterior se vuelve a filtrar al vacío (usando un embudo Büchner y un kitasato) y el sólido obtenido lo calentamos suavemente en un vaso de precipitados tapado con un vidrio de reloj: en el vidrio de reloj tenemos ácido benzoico condensado y en el fondo del vaso, BaSO4.

Práctica 3: determinación del peso molecular de un ácido.
Nos habituemos a la preparación de disoluciones estándar (disoluciones las cuales conocemos exactamente su concentración) y a su uso.
Después, a partir de la valoración de un ácido problema con una base estandarizada (valorar es una técnica que sirve para neutralizar la solución problema y a partir de ahí conocer su concentración) y mediante cálculos básicos, obtenemos el peso molecular del ácido problema.

Práctica 4: Medida de pH y fuerza relativa de ácidos y bases.
Se basa en el uso de un pH-metro para medir el pH de varias soluciones.
También aprendemos diferenciar entre las disoluciones tampón y las no tamponadas (una disolución tampón es aquella que no varia significantemente su pH al añadir un ácido o una base fuerte).

Práctica 5: extracción simple
Consiste en separar substancias según la técnica de extracción. Esta técnica se basa en la diferente solubilidad de un compuesto en un determinado líquido: si inicialmente tenemos una sal disuelta en un disolvente orgánico y le añadimos un disolvente acuoso (una base, un ácido, agua), la sal “se irá” del disolvente orgánico y se disolverá en la fase acuosa.

Práctica 6: preparación de un ácido carboxílico por oxidación de un aldehído.
Es una reacción orgánica muy simple en la que un aldehído (benzaldehído) se hace reaccionar con permanganato y se obtiene un ácido carboxílico (ácido benzoico).

Práctica 7: destilación
Como su propio nombre indica, en esta práctica aprendimos a montar un aparato de destilación (http://www.uclm.es/profesorado/jfbaeza/images/practi30.gif), a usarlo y su utilidad.
Tuvimos que tener en cuenta que lo que obtenemos nunca tiene la misma composición, ya que a medida que la temperatura aumenta, el destilado es más rico en el componente más volátil.
Obtenemos el destilado más puro cuando la temperatura permanece constante.

martes, julio 18, 2006

Copas y oxidaciones enzimáticas

Sabemos que consecuencias trae el consumo de alcohol pero, ¿Por qué se producen esos efectos? La molécula que está presente en las bebidas alcohólicas es el etanol, y su metabolismo es el que genera los efectos que conocemos.

La reacción de absorción del etanol puede escribirse a grandes rasgos de la siguiente manera:




La molécula de alcohol se va oxidando a ácido acético a partir de reacciones enzimáticas que se dan en el hígado.

Analicemos la reacción:

La enzima responsable de esta reacción es la deshidrogenasa alcohólica.
El etanol pierde un hidrógeno, formándose así una molécula de NADH y posteriormente se oxida a acetaldehído.
El acetaldehído es igualmente oxidado (pero no en su totalidad, sino un 90% aprox.) a ácido acético. Cuando oxidamos la mayor parte del acetaldehído dejamos de sentir los síntomas del alcohol en el cuerpo.



Síntomas usuales del consumo de alcohol

Cuando el alcohol ingerido pasa al torrente sanguíneo, llega al cerebro provocando el estado de embriaguez, que se supera una vez que el alcohol se oxida a acetaldehído. La acumulación de acetaldehído provoca lo que nosotros llamamos “resaca”, que no es más que un proceso de intoxicación que altera, entre otras cosas, el metabolismo de lípidos y proteínas, además puede provocar acidosis, que reduce la capacidad del riñón para excretar ácido úrico. Cuando ya no notamos ningún síntoma de alcoholemia es debido a que la gran mayoría de moléculas de alcohol ingeridas han sido oxidadas a ácido acético, que puede ser utilizado para otras reacciones metabólicas.

Otra cosa a puntualizar sobre el efecto del alcohol es la energía que aporta su consumo: cada gramo de etanol aporta 7.1 kcal. Esto, sumado a la alteración neurológica que sufre nuestro cerebro cuando moléculas de etanol pasan a través de él, explica la euforia que provoca la ingesta de este producto.

El legado del bebedor

Si tu eres capaz de tomarte seis copas sin que notes nada y un amigo tuyo solamente con dos ya nota los efectos, una de las causas es la actividad de tu deshidrogenasa alcohólica. Las enzimas suelen actuar de forma diferente en diferentes cuerpos, y sobretodo, en diferentes especies; y su actuación también viene condicionada por la genética: si tu padre (o madre) fue bebedor, habrá estimulado la eficacia de su deshidrogenasa alcohólica y oxida más rápidamente el etanol, de forma que al obtener tú sus genes, ya tienes modificada la eficacia de la enzima.
A igualdad genética (un hermano), una chica tiene más facilidad para embriagarse que un chico por causas ajenas a la acción de esta enzima.


Más en…

http://bvs.sld.cu/revistas/ali/vol10_1_96/ali09196.htm

Cosas Curiosas

En este apartado voy (vamos) a explicar curisosidades relacionadas con la ciencia y la química o la vida que me (nos) han explicado en clase o bien que han sido leidas en un libro, además si alguno de vosotros sabe alguna otra y la quiere poner, adelante serán bienvenidas!


Separación entre química orgánica e inorgánica:

La mayoría de la gente sabe que la química orgánica es la química del carbono (C), como muchas sabrán compañera de la inorgánica, pero... ¿por qué?, por qué hicieron esta distinción?

Retomando las palabras de buen profesor de estructura empezaré con la aclaración. En la época de la alquimia se intentaban transmutar los elementos, gracias a ello se conocieron muchas substancias, la búsqueda incesante de ese material que podría ser oro permitió el hallazgo de nuevas substancias y una mejor clasificación de las que hasta entonces se conocían. A partir de entonces se empezó a crear una industria, la química, y claro, en toda industria se requiere un proceso de síntesis. Pues bien, el problema o mejor dicho el descubrimiento, era que por aquel entonces sólo se podían sistetizar cierto tipo de sustancias, las llamadas sustancia inorgánicas, en cambio el otro tipo de sustancias que no se podía sintetizar y las cuales constituían y formaban parte en los seres vivos se llamaron sustancias orgánicas. Decían que se necesitaban unas fuerzas vitales, divinas, para poder sintetizar m.orgánica (si el hombre no podía, el motivo es que debía de ser algo divino y obviamente la limitación del hombre impedía tal cosa). Más tarde, con el avance de la ciencia y el desarrollo se pudo sintetizar m. orgánica, urea por ejemplo... ahora no recuerdo bien quién la sintetizó por primera vez.

Aunque el principal motivo que distinguía la materia orgánica de la inorgánica ya se había fundido se continuó haciendo esta distinción por todo lo que abarca y comprende la química del C.

Los orbitales l:

21/11/2005 en clase de estructura nos han explicado de donde provienen las notificaciones s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3),... pues bien la s viene de sharp (estrecho), p de principal, d de difusa y f de fundamental, que estas son las propiedades de los espectros y claro depués de varios años estudiándolos llegaron a la conclusión de que los espectros estaban relacionados con estos orbitales, según n, por eso reciben actualmente esta nomenclatura.


El Mechero Bunsen:

Robert Bunsen y otro compañero suyo desarollaron el primer espectroscopio y lo utilizaron para identificar elementos, es por ello que para sus estudios espectroscópicos diseñó un mechero especial, el mechero Bunsen común en los laboratorios, el cual produce muy poca radiación de fondo que no interfiere con las observaciones espectrales.



Materia orgánica y O2--> Immortales?

Clase de Equilibri Químic: " Si la materia orgánica reacciona siempre con el O2 produciendo sus respectivos productos, es porque su Ke es considerable, pero ahora bien, nosotros estamos formados por m.orgánica cómo es que nos nos quemamos? (estamos en contacto con el O2) Pues bien, la respuesta es que la Kd (contaste de velocidad directa de la reacción) es muy pequeña con lo cual han de pasar muchos muchos años para que nos quememos porque en nuestro organismo la velocidad de esta reacción es muy pequeña. Pero no podríamos vivir eternamente, pues algún día acabaríamos quemandonos. En conclusión, la Ke y la Kd no están relacionadas (bueno sobre este tema se podría hablar más)(ganas de darse con la rapidez) y además nos somos immortales, al menos "químicamente" hablando. Probablemente se inventen o descubran alguna cosa que modifique o subsane estás quemaduras."

La superconductividad: Un fenómeno del siglo XX


La superconductividad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes. Había estado trabajando en el comportamiento de la materia a baja temperatura (de hecho fue el primero en conseguir helio liquido), cuando observó que el mercurio transmitía la electricidad sin pérdidas por debajo de 4,2 K (-269 °C). Las malas lenguas cuentan que el hallazgo tuvo lugar cuando Onnes pidió a un alumno que midiera la resistencia eléctrica del mercurio. El alumno regresó con la noticia de que la resistencia del metal desaparecía misteriosamente cuando la temperatura de la muestra alcanzaba los 4,2 K... a lo que Onnes replicó ordenándole que volviera al laboratorio a encontrar el "error" que había cometido. Tras repetir varias veces la experiencia llegaron a la conclusión de que habían realizado un descubrimiento histórico: Onnes recibió el Nobel de física en 1913. En años posteriores se encontraron muchos más materiales que poseían esta propiedad cuando se les enfriaba por debajo de un cierto punto crítico, la llamada temperatura de transición.
La desaparición de la resistencia eléctrica no es la única propiedad asombrosa de los superconductores: su comportamiento frente a los campos magnéticos también resulta fascinante. En 1933 Walther Meissner y R. Ochsenfeld descubrieron que un campo magnético aplicado a un superconductor es expulsado completamente del interior de este por debajo de su temperatura de transición superconductora. En su honor este efecto se conoce hoy en día como efecto Meissner y es el responsable de la fotografía típica que todos asociamos con superconductividad: la de un pequeño disco de material flotando libremente en el aire por encima de un imán.


http://www.arrakis.es/~cris/supercon.htm


La siguiente historia es sacada de aciencias.galilei.
Una bonita historia (de Arquímedes).

Érase una vez un Rey que sospechaba de su joyero. Pensaba que cuando le entregaba oro para hacer una corona maciza, éste le cambiaba parte del oro por otro metal y en la misma cantidad (mismo peso). De esta forma cuando se comparaba la masa de la corona y la del oro entregado coincidían. Pero el Rey sospechaba . Llamó al consejero científico para ver cómo podían "pescarle". Después de un tiempo, el científico, dio con la solución. Si cambiaba 50 g de oro por 50 g de cobre (por ejemplo), ambos pesan lo mismo pero no tienen el mismo volumen (imagínese, como caso extremo, cambiar 1 kg de oro por 1 kg de paja). Era fácil detectar el fraude. Se comprobaría, no sólo el peso del oro entregado, sino también su volumen. Al recoger la corona se repetiría la operación con ésta. El peso sería el mismo pero el volumen no. Para medir el volumen de un cuerpo irregular (macizo) basta con introducirlo en un recipiente lleno de agua y ver la cantidad de ésta que desaloja. ¡Eureka!

viernes, junio 23, 2006

Bienvenidos a quimica

Sean todos bienvenidos a este humilde site en donde en breve se obtendran las mejores obras de divulgacion cientifica en la quimica.

saludos