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Historia F+Q

Enseñando física y química a través de su historia. Un blog colaborativo de los alumnos del Master de Secundaria

Categoría

Química-2ºBachillerato

UREA: serendipia, victoria frente al vitalismo y el nacimiento de la química orgánica

El mecanicismo cartesiano es una corriente filosófica, liderada por René Descartes (Figura 1), que afirma que el cuerpo es una máquina y que todas sus operaciones deben ser explicadas por los mismos principios y leyes físicos que se aplican al mundo inanimado.

No obstante, ante el fracaso de esta corriente en la explicación de la singularidad de lo orgánico, el vitalismo (doctrina filosófica que postula que los organismos vivos se caracterizan por poseer una fuerza vital que los diferencia de forma fundamental de las cosas inanimadas; Bechtel and Richardson, 1998) empezó a expandirse por Europa a finales del siglo XVIII.

Figura 1. René Descartes

Desde un punto de vista de la química, los vitalistas hacían una diferenciación inquebrantable entre la química inorgánica (cosas inanimadas) y la química orgánica (organismos vivos). Todo esto cambió gracias al descubrimiento de un joven muy entusiasta y algo rebelde, que no estaba convencido de la existencia de la “fuerza vital”, Friedrich Wöhler (Figura 2).

Figure 2Friedrich Wöhler

En 1828 logró sintetizar en el laboratorio un producto elaborado por los organismos vivos, la urea (NH2 – CO – NH2; Figura 3) a partir de un compuesto inorgánico, cianato amónico (NH4CNO).

Figura 3. Urea

Al mezclar cianato de potasio (KOCN) con cloruro de amonio (NH4Cl), ambos en solución, luego calentar y luego enfriar, obtuvo cianato de amonio. El cual, al calentarse, sufre una transposición, convirtiéndose en urea reacción [1].

Reacción 1. Síntesis de la urea

Había sintetizado un compuesto orgánico a partir de compuestos inorgánicos. El vitalismo no tenía sentido. Wöhler escribió a su maestro Berzelius (Figura 4) lo siguiente:

Debo decir que puedo hacer urea sin la intervención de un riñón animal, sea de hombre o de perro”.

Figura 4Jons Jacob Berzelius

Un aspecto curioso es que se trató de un descubrimiento fortuito, un hallazgo accidental de un resultado tan valioso como inesperado, lo cual se suele designar como serendipia (Romanillos, 2001).

La relevancia de este descubrimiento es tan grande que cuando estudiamos química, siempre se afirma que así nació la disciplina de la química orgánica y así murió la corriente filosófica del vitalismo (Ilana, 2008).

Actividades

  1. Busque y describa dos ejemplos relevantes en el campo de la química aplicada sobre síntesis de compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.
  2. ¿Qué otros descubrimientos conoce que se hayan alcanzado gracias a la serendipia? Describa al menos tres.

Objetivos

  1. Comprender las diferencias entre química orgánica y química inorgánica.
  2. Descubrir los beneficios que supuso para la sociedad la capacidad de síntesis de compuestos orgánicos.
  3. Comprender el contexto social en el que se desarrollaban los avances científicos.

Evaluación

El contenido servirá como introducción a la química orgánica por lo que se evaluará la participación del  alumno y la utilización de un lenguaje apropiado para expresar los conceptos e ideas a trasmitir.

Referencias

Bechtel, W and Richardson, R.C. (1998). Vitalism. In E. Craig (Ed.), Routledge Encyclopedia of Philosophy. London: Routledge. Vitalism

Romanillos, P (2001) Las serendipias más famosas ¡Menuda chiripa!. Oceano Ambar.

Illana Rubio, J.C. (2008) La química y la biología bases de la bioquímica. Nacimiento de una nueva ciencia. Anales de Química, 104(3), 234-239. Recuperado de http://bit.ly/2xtRVNK

Roberto Taboada Puig

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Otro tipo de pilas: Electrolisis.

 

La electrolisis es el proceso eléctrico donde se separan los elementos de un compuesto mediante una reacción redox no espontanea, es decir se ha de aplicar una corriente eléctrica para su resultado.

William Nicholson y Anthony Carlisle en el 1800, descubrieron accidentalmente la electrolisis, mientras estudiaban el funcionamiento de las baterías. Conectaron los electrodos a un recipiente con agua y observaron que en uno de los electrodos se formaba O2 y en el otro H2. Seguir leyendo “Otro tipo de pilas: Electrolisis.”

Química en azul

[…]Lo que me deslumbró de esa obra fue su intenso color azul, esa textura aterciopelada, esa opacidad, esa fiereza, la luz que desprendía.[…] Seguir leyendo “Química en azul”

¿Un coche alimentado por hidrógeno?

El uso masivo de los combustibles fósiles como fuente de energía para los vehículos está provocando graves problemas en nuestro medio. Ante este problema, los científicos han buscado alternativas menos nocivas para la naturaleza. Una de estas alternativas es el coche de hidrógeno. Seguir leyendo “¿Un coche alimentado por hidrógeno?”

Amoníaco y controversia: Ingredientes del mismo cóctel

Esta semana se cumplen 109 años desde la patente de formación del compuesto que cambiaría el curso del siglo XX y en consecuencia de la vida tal y como la conocemos hoy. El nitrógeno es crucial en la bioquímica de los seres vivos y el gas más común de nuestra atmósfera. Sin embargo, no suele reaccionar fácilmente con otros elementos, lo que hace que los seres vivos no puedan extraerlo del aire. El hallazgo se logró en 1908, cuando Fritz Haber patentó el proceso catalítico de alta presión que combina el nitrógeno atmosférico con hidrógeno para formar amoníaco. En 1913, Carl Bosch y su equipo hicieron que el descubrimiento de Haber se pudiera desarrollar a escala industrial y construyeron la primera planta de amoníaco. Cien años después, el proceso Haber-Bosch sigue siendo el método predominante en la industria dando aproximadamente 200 millones de toneladas por año, el 80% destinadas a alimentar las tierras de cultivo.

Fritz Haber

Pero “algunos afirman incluso que sin el amoníaco de Haber, tan útil para elaborar explosivos como para producir fertilizantes, el imperio alemán no habría podido lanzarse a la Gran Guerra, Lenin no habría podido llegar a Rusia, Hitler no habría alcanzado el poder y por el camino se habrían salvado millones de vidas e incluso el alma de la civilización europea”.

El amoníaco sintetizado por Haber fue la base de la producción de gases venenosos y explosivos utilizados contra las tropas aliadas en la Segunda Guerra Mundial, proceso en el que él participó de forma muy activa. Los científicos que trabajaban en su instituto basándose en su trabajo desarrollaron la fórmula del gas de cianuro Zyklon A, el precursor del gas usado en los campos de concentración durante el Holocausto.

Soldados utilizando gases venenosos como arma química

“Un ejemplo de cómo, cuando a la ciencia no se le imponen límites éticos puede pasar rápidamente de fuente de vida a arma de destrucción masiva”.

Referencias:

http://www.bbc.com/mundo/noticias-38107124
https://biochembelle.com/2011/01/22/shadows-of-greatness/
http://esmateria.com/2013/03/03/de-como-un-cientifico-ayudo-a-hitler-creando-amoniaco-y-50-historias-mas/
https://es.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco
http://www.publico.es/ciencias/investigacion/amoniaco-sustancia-cambio-mundo.html
https://www.detectivesdelahistoria.es/fritz-haber-vida-y-muerte-a-traves-de-la-quimica/

 

Actividad a realizar:

El alumno debe consultar las referencias presentadas para tener una visión global del suceso y de sus consecuencias, después deberá contestar a las siguientes preguntas;

  1. ¿Qué consecuencias positivas tuvo la aportación de Haber-Bosch? Cita tres productos que disfrutes en tu día a día y que sean consecuencia directa del descubrimiento y razona por qué.
  2. ¿Qué consecuencias negativas tuvo dicho suceso científico? Desarrolla 7 líneas sobre el efecto de los fertilizantes.
  3. Comenta con tus compañeros las respuestas a las preguntas anteriores y valora las consecuencias observadas; sociales, políticas, medioambientales, sanitarias,…

Objetivos de esta actividad:

  1. Conocer la historia de la química a través de sus personajes y poder comprenderla en su contexto social.
  2. Reflexionar sobre las posibles consecuencias que puede tener un evento científico en la sociedad y, en consecuencia, en la historia.
  3. Estudiar el amoníaco, la reacción de Haber-Bosch y relacionarlo con el ciclo del nitrógeno.

 

 

CONOCER LOS DESCUBRIMIENTOS

Conocer cómo a través de la historia los diferentes personajes han influenciado en el desarrollo de la ciencia resulta curioso, e incluso, puede llegar a ser divertido.

He encontrado un artículo de Martín de Ambrosio titulado “Empédocles y los cuatro elementos” el cual voy a hacer una pequeña síntesis:

Empédocles fue un filósofo nacido en Agrigento, Sicilia, en el S. V a.C. que aseguraba que la materia estaba formada por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego. Lo que diferenciaba las distintas materias era la proporción con la que se combinaban dichos elementos. Seguir leyendo “CONOCER LOS DESCUBRIMIENTOS”

Tal y como comentan Vollhardt y Schore (2007),

<En 1985, Curl, Kroto y Smalley efectuaron un sorprendente descubrimiento, que les     valió el premio Nobel de Química en 1996: el buckminsterfullereno, de fórmula molecular C60, una nueva forma alotrópica de carbono, de estructura semejante a una pelota de fútbol. Concretamente, observaron que la evaporación del grafito por acción del láser originaba diversos agregados de carbono en fase vapor, entre los que abundaban especies de 60 átomos. Seguir leyendo “Del diamante al balón, pasando por el lápiz.”

El hombre que ordenó los elementos

El Señor Dimitriv Mendeleyev era un científico proveniente de Rusia y era una persona muy curiosa. Tal fue su grado de conocimiento por los elementos en aquella época que descubrió ciertas características patrones en ellos. Corría el año 1869 cuando su propuesta principal fue organizar los elementos en base a sus propiedades químicas tales como su peso atómico, configuración electrónica, reactividad, electronegatividad y eletropositividad.  Todo ello, le llevó crear el primer modelo de tabla periódica donde todos estos elementos, 63 conocidos en aquel momento, fueron ordenados gráficamente.

 

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Mendeleyev creía en una ley periódica que aun no se conocía en aquel entonces. Dicha ley seguía unos comportamientos patrones en donde cada elemento tenia relación con aquellos cercanos a él. Otros elementos por el contrario, eran muy diferentes entre si, por lo que ocuparían zonas diferentes en la tabla. Él se sentía tan convencido de sus pensamientos lo que lo llevó a realizar predicciones quizás algo arriesgadas para aquella época, pero que con el tiempo resultaron ser ciertas. Este fue el mayor logro del científico a lo largo de los años. Fue un modelo tan acertado que incluso cuando posteriormente se fueron descubriendo nuevos elementos, se vio como todos ellos fueron encajando en su esbozo de primera tabla periódica. A día de hoy y tras casi 150 años, se sigue utilizando su tabla periódica.

Objetivos

Comprender la tabla periódica como la comprendía Mendeleyev en su época. Él la realizo de manera muy intuitiva en donde se tuvieron en cuenta varios factores. El alumno debe buscar información acerca de los conceptos en la lista. A continuación se plantea una discusión de cómo afectan las propiedades a los elementos y qué posición tendrían en la tabla periódica (hacia la izquierda, derecha, arriba o abajo). Se obsequiará con puntuación adicional si el alumno es capaz de interrelacionar las propiedades entre si:

  • Peso atómico
  • Electronegatividad/ electropositividad
  • Gas Noble
  • Reactividad
  • Configuración electrónica
  • Halógenos
  • Estructura de Octete
  • Periodo

 

Criterios evaluación

Utilizar el lenguaje científico correcto. Definir de las propiedades de manera concreta y específica. Ser capaz de relacionar las propiedades con su posición relativa en la tabla.

Referencias:

Lee todo en: Tabla periódica de Mendeleiev | La Guía de Química http://quimica.laguia2000.com/general/tabla-periodica-de-mendeleiev#ixzz4fGWouhD4

https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/quimica/tabla-periodica-de-los-elementos-quimicos/

 

¿Puede el avance de la ciencia implicar consecuencias sociales y ambientales negativas?

      El amoníaco, es uno de los compuestos más importantes de la industria química. La mayor parte se utiliza en la fabricación de abonos (sales amónicas), y el resto tiene usos muy diversos, desde la fabricación de explosivos a tintes, lacas o limpiadores amoniacales.

      La síntesis a escala industrial del amoníaco (1913) desarrollada por Fritz Haber (1868 – 1934) supuso un cambio en la agricultura, al permitir  fijar de forma artificial el omnipresente nitrógeno del aire (78%vol), mejorando enormemente los rendimientos agrarios en una sociedad con un crecimiento exponencial.

      A pesar de que el objetivo era remediar los problemas de desnutrición, se pasaron por alto aspectos como la devastación de territorios en beneficio de la agroindustria y el progreso y  las consecuencias derivadas de la contaminación por nitrógeno que afectaba a personas, el aire, la tierra y los acuíferos, así como su uso indebido en la industria de la Guerra Química de la I G.M y la II G.M..

Vidas salvadas* [1] Muertes causadas*[2]
2,7 billones desde el S. XIX 1,3 millones de personas en la I G.M.

Actividades

1-Se divide a los alumnos en dos grupos que obtendrán la información sobre:

2-Posteriormente, cada grupo debe resumir su contenido y exponerlo ante el otro grupo.

3-Tras las exposiciones, contestar las cuestiones:

  •     ¿Cuáles son las causas que hacen del nitrógeno un elemento esencial para los seres vivos? ¿Las plantas pueden tomar directamente el nitrógeno de la atmósfera?
  •     Indicar brevemente el contexto socioeconómico en que se produjo la síntesis de Haber-Bosch.
  •     ¿Qué desventajas comporta la producción actual de fertilizantes nitrogenados y su uso en exceso?

4- Finalmente, como trabajo individual, deberán investigar y contestar a las siguientes cuestiones:

  •     Haciendo uso del Principio de Le-Chatelier, indica bajo qué condiciones teóricas termodinámicas  se puede favorecer la conversión de nitrógeno del aire en amoníaco.
  •     Investiga cuales son las condiciones reales a escala industrial bajo las que se lleva a cabo y justifica las posibles diferencias

 


Objetivos

  • Comprender que las demandas y necesidades sociales impulsan los descubrimientos científicos y las aplicaciones tecnológicas.
  • Categorizar algunos de los factores a tener en cuenta en un proceso químico viable a escala industrial: termodinámica, cinética y criterios socioeconómicos.
  • Inferir de acuerdo con el Principio de Le Chatelier las condiciones termodinámicas que pueden favorecer el proceso de producción del amoníaco
  • Desarrollar un espíritu crítico sobre la responsabilidad social y ambiental de nuestros actos.

 


Evaluación

  • Capacidad de búsqueda de información sobre un proceso químico industrial
  • Capacidad para inferir y razonar a partir de la base teórica del Principio de Le Chatelier
  • Desarrollo de un espíritu crítico en relación a los límites éticos y morales que acompañan a la ciencia y sus avances.

Fuentes

[1] Foto. https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/link-suggestion/wpcd_2008-09_augmented/wp/f/Fertilizer.htm

[2] Foto. http://chemicalweapons.cenmag.org/who-was-the-father-of-chemical-weapons/

[1,2] Datos sobre vidas salvadas y muertes ocasionadas: www.scienceheroes.com

[3] Enlaces para el análisis del grupo A: http://www.detectivesdelahistoria.es/fritz-haber-vida-y-muerte-a-traves-de-la-quimica/

[4] Enlace para el análisis del grupo B:

ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek#watchrc

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