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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

Heyrovský: del análisis polarográfico al Nobel

El campo de la química analítica está dedicado, entre otras cosas, al estudio de la composición química de una muestra empleando para ello diversos métodos y técnicas. ¿Alguna vez has leído el etiquetado de una botella de agua? ¿Te has tenido que hacer unos análisis de sangre y orina? Son únicamente dos de las muchas situaciones en las que el análisis químico juega un papel destacado en nuestra vida diaria. ¡Necesitamos saber si un determinado elemento o compuesto está presente en una muestra y, si es posible, saber cuánto hay!

En esta línea, y allá por la primera mitad del siglo XX, Jaroslav Heyrovský (Imagen 1), trabajaba arduamente en su laboratorio. Fruto de tanto trabajo y de tanta excelente calidad, recibió el Premio Nobel en Química en 1959 por su descubrimiento y desarrollo de métodos polarográficos de análisis. Tan importante ha sido este científico que hay un centro de investigación fundamental en Praga (República Checa) que lleva su nombre. Pero… ¿Qué es la polarografía? Se trata de un método electroquímico que nos permite analizar el contenido de diferentes sustancias (analitos) en una disolución a través de medidas eléctricas. Para ello se emplean dos electrodos, uno de los cuales es de mercurio. Al aplicar un potencial característico del analito a cuantificar se produce una reacción redox y la intensidad de corriente aumenta hasta un nivel que depende de la concentración del analito en la disolución. Por lo tanto, a través de una recta de calibrado (Imagen 2), es posible saber la cantidad de analito presente en una muestra problema. Interesante, ¿verdad?

                               Imagen 1                                             Imagen 2

Cuestiones:

  • Sin necesidad de buscar más información, piensa algún ejemplo en el que la química analítica juegue un papel fundamental en los siguientes campos: alimentación, deporte, medicina, medioambiente, industria e investigación.
  • Busca en fuentes fiables algo de información sobre una de las respuestas que hayas dado en la cuestión anterior. ¿Qué métodos y técnicas se emplean para el análisis? ¿Cuáles son los valores correctos que debe dar el análisis?
  • Piensa algún ejemplo que prácticamente puedas ver cada día en el cual tenga gran importancia el fenómeno de la oxidación. Busca algo más de información sobre qué es lo que lo provoca y el proceso en sí.
  • B2: ¿Te atreverías a decir cuál es un inconveniente de la polarografía a día de hoy? Intenta encontrar un par de métodos o técnicas de naturaleza electroquímica y que sean muy utilizados en la actualidad para análisis.

Actividad para profundizar: Práctica: Cálculo de la cantidad de vitamina C que hay en un zumo. Construcción de una recta de calibrado.

Como miembro de un laboratorio de calidad debes realizar el análisis de vitamina C que hay en un zumo. Las técnicas electroquímicas son algunas de las más utilizadas para este análisis. En ellas, la señal eléctrica que obtienes al medir cada muestra es directamente proporcional a la concentración.

La siguiente tabla muestra las concentraciones que has medido de vitamina C (patrones), así como la señal eléctrica que has obtenido:

Concentración (Molar)

Señal eléctrica (microamperios)

0

0

0,0002

1,1

0,001

5,6

0,0015

7,8

0,002

10

0,0025

13,2

0,003

15

0,004

19,5

Con ayuda de un software de cálculo, construye una recta de calibrado. El análisis de la muestra de zumo ha dado una señal eléctrica de 9.1 microamperios. ¿Qué concentración de vitamina C tiene el zumo?

Objetivos:

El post tiene como finalidad introducir a los alumnos en el mundo de la química analítica y de las técnicas con base electroquímica para hacerles ver la importancia del análisis cuantitativo y los procesos redox en el día de hoy.

Modo de trabajo:

Las cuestiones deberán ser realizadas por los alumnos de modo individual o mediante trabajo en grupo. Al finalizar la actividad, y tras tener cada alumno sus propias conclusiones, se realizará una discusión constructiva en clase con orientaciones por parte del profesor.

La actividad para profundizar estará guiada totalmente por el profesor, con participación activa por parte del alumnado.

Criterios de evaluación:

En ambos casos se valorará la originalidad y el trabajo realizado, así como la participación activa para lograr una mayor profundización en los conceptos y en las aplicaciones de los contenidos vistos.

Justificación:

He realizado este post porque mi investigación durante la tesis doctoral ha estado centrada en el mundo del análisis. Además, para los alumnos de 2º Bachillerato, el tema de la electroquímica puede ser complicado, por lo que espero que esta entrada les pueda ayudar y motivar.

Bibliografía:

The Nobel Prize Website:

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1959/heyrovsky/facts/

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CAPA DE OZONO

Antes de Mario Molina (ganador de Premio Nobel por sus estudios sobre la capa de ozono) se desconocía que la atmósfera tuviera una capa de gases que nos protegía de los rayos ultravioleta, mucho menos se sabía de la formación de un agujero que nos expondría a los rayos del sol. Molina desde 1975, realizó una serie de estudios sobre la capa de ozono, que hoy son imprescindibles para dimensionar la importancia de este fenómeno en el aumento de enfermedades como cáncer de piel.

Resultado de imagen de capa de ozono

La capa de ozono es el filtro entre las radiaciones nocivas y las benéficas. La fotosíntesis y por lo tanto la vida en el planeta es consecuencia de la radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre en dimensiones justas gracias a la capa de ozono.

El calentamiento global está relacionado estrechamente con la capa de ozono. El mejor llamado cambio climático es provocado por los gases de efecto invernadero que se quedan en la atmósfera que son los responsables de la apertura en la capa de ozono. La retención de estos gases impide que los rayos ultravioletas, que de por sí entran con mayor intensidad por el agujero de la capa de ozono, no salgan de vuelta al espacio.

Actividad:

Para empezar, realizaremos un debate entre todos para conocer cuáles son las ideas previas de los alumnos entorno a la capa de ozono. Para ello, realizaremos diferentes cuestiones:

¿Qué es la capa de ozono? ¿Donde se sitúa? ¿Cuál es su finalidad?¿ Es bueno para la salud?

Dividir los alumnos en cuatro grupos. Cada grupo tendrá que leer el texto adjunto y después realizarán la búsqueda de la información necesaria para responder las siguientes cuestiones:

– Grupo 1: ¿Cómo se crea la capa de ozono?¿Es una superficie sólida?¿Qué elementos pueden traspasar y cuáles no?

– Grupo 2: ¿Cómo se destruye la capa?¿ Cuáles son los compuestos y reacciones culpables de la destrucción?

– Grupo 3: Los beneficios de la capa de Ozono

-Grupo 4: ¿Cuál es la situación de la capa de ozono hoy en día? ¿Cuáles son las consecuencias?

Una vez que tengan la información necesaria, tendrán que realizar una presentación y exponer en el aula. Además tendrán que buscar un video corto (5min aprox) en el que resuma lo que hayan explicado.

Objetivos:

– Desarrollar la capacidad de trabajar en grupo aportando las propias ideas y ayudándose entre ellos

– Adquirir conocimientos básicos acerca de la capa de ozono y las causas de su destrucción y ser capaces de buscar soluciones

– Ser capaces de tener una carácter crítico sobre la actualidad

– Ser capaces de entender la importancia de CTSA (Ciencia, Tecnología, Sociedad y medio Ambiente) y saber relacionar los conceptos

-Mejorar la actitud de los alumnos hacia la ciencia

Criterios de evaluación:

– Comprensión de las reacciones de destrucción y creación de la capa de ozono

– Capacidad de expresar oralmente los conceptos adquiridos y saber argumentar

– La buena conducta a la hora de trabajar en grupo y ayudar a los demás compañeros

– La participación a la hora de debatir y dar la opinión

– Desarrollar la capacidad de reflexionar sobre la contaminación ambiental de hoy en día.

 Referencias:

https://ecoosfera.com/2014/04/conoce-al-cientifico-mexicano-que-descubrio-el-agujero-de-la-capa-de-ozono/

 

 

La oxidación que hundió el Kursk

El 12 de Agosto del año 2000, un enorme y moderno submarino nuclear ruso se hundía en el Mar de Bárents, en el Ártico. No era un submarino cualquiera, era el orgullo de la Armada rusa, dotado de las más modernas innovaciones de la época, como la supercavitación para sus torpedos. Durante los días posteriores, se sucedieron las acusaciones contra Estados Unidos, a quien culpaban accidentalmente o no, de haberlo hundido.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f6/Kursk_wreck.jpg

Después de las investigaciones la conclusión fue que el hundimiento se produjo por la explosión inicial de uno de sus torpedos. Esto provocó varias explosiones más en cadena, que acabaron por hundirlo. Pero, ¿qué fue lo que produjo la explosión inicial?

Este tipo de torpedos usan un combustible (queroseno) y un propelente, que es una sustancia que libera una gran cantidad de gas en poco tiempo y que propulsa el proyectil a gran velocidad. En el caso de estos torpedos era el agua oxigenada muy concentrada (HTP).

Parece ser que hubo una fuga de HTP en uno de los tubos de lanzamiento. Estos tuberías estaban hechas de cobre y zinc, y el agua oxigenada origina una reacción redox que oxida estos metales:

H2O2(aq) + 2H+ +2e 2H2O +1.76
Cu2+(aq) + 2e Cu(s) +0.34
Zn2+(aq) + 2e Zn(s) −0.76

El agua oxigenada como se ve, tiene gran poder oxidante y se reduce espontáneamente captando los electrones de los metales. La reducción del agua oxigenada muy concentrada es muy exotérmica, por tanto provoca que el agua desprendida sea en forma de gas, un vapor de agua muy caliente que poco a poco va aumentando hasta llegar a una presión crítica. Esta altísima presión dentro del compartimento del misil, unido a que el HTP fue disolviendo tuberías hasta llegar al queroseno (explosivo), fue lo que produjo la explosión.

Actividades propuestas:

Problema: Presión ejercida por el vapor de agua, dentro del compartimento de los misiles, conociendo los datos V, T, a través de las ecuaciones redox, ajuste redox y ley de gases ideales. De esta forma se puede tener conciencia de la enorme presión existente dentro del compartimento del misil al producirse la reacción.

Experimento: Actividad práctica en laboratorio de una reacción redox y una termoquímica, para demostrar una reacción exotérmica (para explicar la produción de vapor de agua en la reacción que produjo la explosión), y una reacción redox (que explique la corrosión de las tuberías y la liberación de agua en forma de vapor).

 

Bibliografía:

https://www.lavozdegalicia.es/noticia/internacional/2002/02/18/kursk-hundio-explosion-torpedo/0003_968149.htm

https://divulgatia.blogspot.com/2015/02/la-quimica-detras-del-hundimiento-del.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_de_potenciales_de_reducci%C3%B3n

https://en.wikipedia.org/wiki/High_test_peroxide

https://es.wikipedia.org/wiki/VA-111_Shkval

 

 

Descubriendo la radiactividad

5

El fenómeno de la radiactividad fue descubierto casualmente por Henri Becquerel  en 1896. Estudiaba los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia, para lo cual colocaba un cristal de Pechblenda, mineral que contiene uranio, encima de una placa fotográfica envuelta en papel negro y las exponía al sol. Cuando desenvolvía la placa la encontraba velada, hecho que atribuía a la fosforecencia del cristal. Los días siguientes no hubo sol y dejó en un cajón la placa envuelta con papel negro y con la sal de Uranio encima. Cuando sacó la placa fotográfica estaba velada, y no podía deberse a la fosforescencia ya que no había sido expuesta al sol. La única explicación era que la sal de uranio emitía una radiación muy penetrante. Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que Marie Curie llamaría más tarde radiactividad.

Mme. Curie junto a su esposo Pierre Curie, empezaron a estudiar el raro fenómeno que había descubierto Becquerel. Estudiaron diversos minerales y se dieron cuenta de que otra sustancia el torio, era “radiactiva”, término de su invención. Demostraron que la radiactividad no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo. El fenómeno de la radiactividad era característico de los núcleos de los átomos. En 1898 descubren dos nuevas sutancias radiactivas: el radio y el polonio, mucho más activas que el uranio. Pierre estudiaba las propiedades de la radiación, y Marie intentaba obtener de los minerales las sustancias radiactivas con el mayor grado de pureza posible. Pierre probó el radio sobre su piel, y el resultado fue una quemadura y una herida, pronto el radio serviría para tratar tumores malignos. Era el comienzo de las aplicaciones médicas que Mme. Curie daría a la radiactividad. En 1903 recibieron el premio Nobel de física junto con Becquerel por el descubrimiento de la radiactividad natural.

Al poco tiempo murió Pierre Curie en un accidente debilitado como estaba por el radio. Mme. Curie siguió trabajando y fue la primera mujer que ocupó un puesto en la Universidad de la Sorbona en Paris. Siguió investigando junto a Ernest Rutherford, quien encontró que la radiación que emitían las sustancias radiactivas, tenía tres componentes que denominó:alfa, beta y gamma.

Mme. Curie siguió estudiando el fenómeno de la radiactividad durante toda su vida, prestando especial atención a las aplicaciones médicas de la radiactividad junto con los rayos X, recien descubiertos. Agotada, casi ciega, los dedos quemados y marcados por su querido radio, Mme Curie murió a los 60 años de leucemia en 1934. Su hija Irene continuó su trabajo con la misma pasión junto a su marido, con el que descubrió la radiactividad artificial y por lo que recibieron el premio Nobel.

ACTIVIDADES

  1. Lee el texto y haz una síntesis del mismo.
  2. Con ayuda de la tabla periódica, pon el símbolo, número atómico y masa atómica de los elementos radiactivos que se nombran en el texto.
  3. Buscar información sobre los usos y aplicaciones de la radiactividad
  4. En grupo: poner en común las ideas que cada alumno extrae del texto y de la información obtenida. Sabéis como y dónde se genera?

OBJETIVOS

  • familiarizarse con el concepto de radiactividad
  • saber sus orígenes y sus efectos
  • manejar con soltura la tabla periódica
  • puesta en común de conceptos y trabajo en equipo

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  1. predisposición para el trabajo en equipo
  2. aprendizaje de nuevos conceptos
  3. actitud positiva frente a actividades grupales
  4. capacidad de selección de fuentes de información fiables
  5. asimilación de conceptos básicos referentes a la radiactividad

REFERENCIAS

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/radiactividad.html

Las pilas de combustible, ¿solución o quimera?

Las pilas de combustible son unos dispositivos electroquímicos que transforman la energía química contenida en un combustible (hidrógeno, hidrocarburos, alcoholes…) en energía eléctrica directamente. Esta conversión electroquímica no está limitada por el rendimiento de Carnot, lo que permite conseguir eficiencias relativamente elevadas. Aunque pueda parecer un invento del siglo XXI, lo cierto es que desde hace casi dos siglos se plantearon las bases de lo que puede ser una posible futura solución ambiental a los problemas de contaminación atmosférica, producto del uso masivo de combustibles fósiles para la generación de electricidad y en los vehículos de transporte con motor de combustión. Sin embargo, su desarrollo ha atravesado periodos de olvido, debido a las numerosas dificultades técnicas que presentan en comparación con otros sistemas de generación de electricidad. El interés por las pilas de combustible se ha dado en periodos de escasez en recursos energéticos, precipitando así su desarrollo y el de otras tecnologías de energía alternativas a las tradicionales.

Configuración del dispositivo de William R. Grove, según su publicación

Configuración del dispositivo de Grove (1843).

Actividad:

  • Lee el artículo de las pilas de combustible de http://www.wikiwand.com/es/Pila_de_combustible, poniendo especial atención en los apartados de Historia, Tecnología y Tipos de pilas de combustible.
  • Realiza un esquema de la evolución cronológica del desarrollo de las pilas de combustible.
  • Confecciona una tabla con los tipos de pilas de combustible, los materiales de los diferentes componentes (electrolito y electrodos), reacciones redox (semireacciones de oxidación/reducción en cada electrodo), rangos de temperatura de operación, aplicaciones y estado de madurez industrial. Para complementar la información se recomienda consultar diversas fuentes de información.
  • Comenta brevemente las ventajas e inconvenientes de cada tipo de celda de combustible, justificando las mismas en base a sus características específicas.
  • Debate en el aula sobre los científicos y los hechos que contribuyeron a un mayor avance de las pilas de combustible, las pilas de combustible como una solución viable a los sistemas convencionales de generación de electricidad, sus ventajas e inconvenientes en el contexto del transporte, uso residencial, industrial…

Objetivos:

  • Trabajar el concepto de las reacciones químicas tipo reducción-oxidación en un contexto de aplicación.
  • Conocer los tipos de celdas de combustible y sus características específicas.
  • Contextualizar la historia del desarrollo de las pilas de combustible relacionada con las soluciones para solventar las dificultades técnicas.
  • Fomentar el lenguaje y la forma de trabajar de los científicos, así como el espíritu crítico hacia los avances científico-tecnológicos.
  • Sensibilizar hacia las tecnologías de generación de energías renovables y sostenibilidad medioambiental.

Criterios de evaluación:

  • La identificación de las reacciones de oxidación-reducción empleando el método del ion-electrón para ajustarlas.
  • La capacidad de síntesis de la información consultada.
  • La justificación de la relación de las ventajas e inconvenientes de cada tipo de celda de combustible con sus diferentes características específicas.
  • La corrección de los conceptos químicos empleados.
  • La capacidad y participación del alumno para defender una opinión sobre un tema de ciencia en un debate.
  • La redacción cuidada, sin faltas de ortografía.

 

Referencias bibliográficas:

 

¿Conoces a Dorothy Crowfoot?

En el libro “The Nature of the Things”, 1926, escrito por el científico William H. Bragg, Premio Nobel de Física en 1915 se explica una novedosa técnica experimental: la cristalografía de rayos X. Esta técnica permitía “ver” la estructura tridimensional de una molécula y los átomos que la componen. El uso de los rayos X inicialmente revolucionó la física y la química, pero muy pronto hizo lo mismo con la biología.

El desarrollo de la cristalografía de rayos X se vio impulsado porque los biólogos empezaban a sospechar que la arquitectura de las moléculas tenía mucho que ver con su comportamiento y sus funciones; la nueva tecnología se adivinó entonces como uno de los enfoques más prometedores para explicar la estructura molecular de las sustancias biológicas de interés para la salud humana.

Resultado de imagen de cristalografía de rayos X
Imagen 1. Esquema difracción por rayos X.

Básicamente, la técnica consiste en que un haz de rayos X pase a través de un compuesto cristalizado y se disperse de tal modo que el resultado pueda registrarse sobre una placa fotográfica, generando así un conjunto de puntos luminosos. Analizando el brillo de estos puntos, su tamaño y disposición es posible, mediante cálculos matemáticos, deducir la posición tridimensional de cada uno de los átomos del cristal analizado. Las dificultades para su uso radican en que las moléculas de mayor importancia biológica y médica son muy complejas, contienen cientos de átomos y el investigador debe averiguar la ubicación precisa de cada uno de ellos. Los resultados, sin embargo, pueden ser extraordinarios.

Dorothy Crowfoot (1910-1994) comprendió que no debe haber fronteras entre las ciencias, que se pueden realizar investigaciones interdisciplinares entre la química, la biología, la física y las matemáticas. A lo largo de su carrera científica mejoró las técnicas cristalográficas y consiguió desarrollar un sorprendente repertorio de métodos. Logró desvelar la estructura tridimensional de numerosas e importantes biomoléculas que los químicos orgánicos no habían podido descifrar, como el colesterol en 1937, la penicilina en 1945, la vitamina B12 en 1954, o la  insulina  en 1969. Por la determinación de la estructura de muchas sustancias biológicas mediante rayos x, Recibió el Premio Nobel de Química de 1964.

Actividades,

  • ¿Alguna vez te han hecho rayos X? ¿Cuál ha sido el resultado?
  • Busca otro descubrimiento que esté relacionado con la cristalografía de rayos X
  • ¿Cuál es la finalidad de determinar la estructura tridimensional de proteínas? ¿Qué aplicaciones puede tener?
  • Averigua si este es el único ejemplo en el que la química permita avances en otras disciplinas científicas. Pon al menos dos ejemplos.
  • Investiga sobre ganadores de premios nobeles en Química y por qué los obtuvieron.

Referencias: Martínez Pulido, Carolina (2016). Capturada por la química: Dorothy Crowfoot Hodgkin: Mujeres Con Ciencia. https://mujeresconciencia.com/2016/05/11/capturada-la-quimica-dorothy-crowfoot-hodgkin/

FOTOGRAFÍA 51

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El 25 de abril de 1953 se publicaba Una estructura para el ácido desoxirribonucleico  en la prestigiosa revista británica Nature, firmado por James Watson y Francis Crick. Aunque sólo ocupaba una página, revolucionó el mundo de la ciencia porque describía la molécula que almacena y transmite la información hereditaria en todos los organismos vivos, desde las bacterias a los seres humanos.

En 1962, los autores del artículo,  fueron recompensados con el Premio Nobel de Medicina y Fisiología. No obstante, el brillo del triunfo escondía una lamentable historia de engaños, enemistades, ambición, afán de protagonismo, y sobre todo, una apreciable dosis de misoginia y machismo

En el artículo del 25 de abril no se reconoce que en este hecho singular jugó un papel decisivo Rosalind Franklin, notable científica cuya contribución permaneció injustamente en la sombra durante más de veinte años.

En 1950, cuando los estudiosos comprendieron que averiguar la arquitectura del ADN resultaba primordial, Rosalind Franklin era una joven y brillante físico-química, graduada y doctorada en Cambridge, que acababa de pasar tres años en Francia aprendiendo una compleja especialidad: el uso de la cristalografía de rayos X para determinar la estructura tridimensional de macromoléculas biológicas. Franklin se incorporó King’s College de Londres formando parte de un proyecto de investigación para elucidar la molécula. Pronto logró obtener una foto clave, la fotografía 51, que reflejaba la estructura helicoidal de la molécula. Esta foto, a través de un compañero de laboratorio, Maurice Wilkins, y sin el conocimiento de la propia Rosalind Franklin,  llegó a manos de James Watson y Francis Crick, que lograron así completar su investigación y publicar el célebre y premiado modelo de doble hélice.

Referencia: Martinez C. (2016) Recordando a Rosalind Franklin Recuperado de  www.mujeresconciencia.com

ACTIVIDAD

Tareas a desarrollar tras la lectura del texto:

  • Busca la bibliografía de Rosalind Franklin e indica 3 hechos del contexto histórico que pudieron afectar en su vida.
  • Desarrolla el concepto gen y la importancia del ADN como portador de la información genética.
  • Nombra dos aplicaciones de la ingeniería genética que han podido realizarse gracias a este hito.

OBJETIVO DE LA ACTIVIDAD

  • Valorar el descubrimiento y las aportaciones de Rosalind Franklin al desarrollo de la ciencia. Superar las visiones simplistas sobre la ciencia y estereotipadas de las personas que se dedican a la actividad científica y de la descontextualización social e histórica de los conocimientos científicos y aceptación de la construcción colectiva del conocimiento.
  • Identificación, obtención, almacenamiento y recuperación de información. Emplear adecuadamente las TIC para la búsqueda de información.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

  • Describe la estructura y composición química del ADN y reconoce su importancia biológica como molécula responsable del almacenamiento, conservación y transmisión de la información genética.
  • Consulta, busca e identifica información en fuentes variadas y en distintos formatos
  • Selecciona e interpreta la información de manera crítica y distingue las explicaciones científicas de aquellas que no lo son
  • Reconoce los descubrimientos más recientes sobre el genoma humano y sus aplicaciones en ingeniería genética y valora sus implicaciones éticas y sociales

Los estados de la materia y Van der Waals

aguatest

Entender la estructura de la materia ha sido una de las grandes cuestiones científicas en distintas épocas de la historia. Des de mediados del siglo XVII una comunidad de científicos se dedicaban a observar en el laboratorio el comportamiento de los gases.

A mediados del siglo XIX Clapeyron postuló la ley de los gases ideales inspirado por los ya existentes modelos o leyes empíricas. Algunos años después, la ley de los gases fue también interpretada por la teoría cinética microscópica por Clausius y Krönig. El gas se modelaba como un conjunto de partículas que se movían libremente ejerciendo una presión sobre las superficies. No obstante, tanto la ley de los gases ideales como la interpretación cinética dejaban sin explicar porque la materia pasa, por ejemplo, de estado gaseoso a estado líquido en ciertas condiciones de temperatura y presión, lo que se denomina un cambio de fase. Algunos físicos no estaban ni siquiera convencidos que los estados gas y líquido estuvieran compuestos por el mismo tipo de partículas. Además, no había nadie que supiera cómo calcular la presión de un líquido a partir de sus características físicas conocidas.

En ese contexto, el científico holandés Johannes Diderik Van der Waals se decidió, en su tesis doctoral (1873) a estudiar sobre ello. En su trabajo propuso una ecuación de estado que tenía la particularidad de describir el estado gaseoso y el líquido y anunció que los dos estados de agregación de la materia tienen la misma naturaleza. Así pues, la gran aportación del físico fue introducir en el modelo el volumen de las moléculas y que entre ellas existen unas fuerzas de atracción. En medio de una fuerte corriente filosófica que negaba la existencia de las moléculas, Van der Waals estaba realmente convencido sobre su existencia y su teoría contribuyó a la divulgación de esta idea. Sus trabajos, a parte de sentar las bases de la ciencia molecular moderna, le valieron la máxima distinción con el premio Nobel de física el año 1910.

En su honor, a las fuerzas intermoleculares se les ha denominado fuerzas de Van der Waals ya que fue él el primero a tenerlas en cuenta.

 

Actividades

La actividad consistirá en dos bloques, uno experimental y otro teórico con ejercicios prácticos.

En un primer bloque se trabajarán experimentalmente en el laboratorio los cambios de fase del agua. La práctica consistirá en observar la evolución de la temperatura en función del tiempo mientras el agua pasa de sólido a gas expuesta a una fuente de calor. En el informe de laboratorio deberá aparecer una gráfica de temperatura en función del tiempo elaborada durante el trabajo experimental. En clase se compartirá también un vídeo dónde se visualiza una simulación de los estados de la materia como modelo de partículas. Se trabajará en grupos de 3 personas.  https://www.youtube.com/watch?v=yAyvHz7ZXuA

En el segundo bloque se propone trabajar los diagramas de fases a partir de una explicación previa del gráfico por parte del profesor. También se introducirán  los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico. Una vez hecha una breve descripción se dividirá la clase en equipos de 3 o 4 personas y se les darán una serie de preguntas cortas para trabajar la interpretación de los conceptos nuevos mediante los diagramas de fase del agua, dióxido de carbono y el de una disolución salina.

Para completar la actividad, se pedirá a los alumnos que en grupo presenten ejemplos cotidianos de cambios de fase. Para ello pueden recurrir a su propia experiencia y también hacer una búsqueda en Internet de ejemplos que pueden no resultar tan evidentes. En clase, se pondrán en común los ejemplos y se pedirá que elaboren un mapa mental sobre el tema en la pizarra.

Objetivos

  1. Profundizar en los conceptos de estados de la materia y cambio de fases.
  2. Comprender los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico relacionados con los diagramas de fase.
  3. Evidenciar la relevancia de la introducción de las fuerzas intermoleculares para modelar los estados de la materia a rangos más amplios de temperatura y presión .
  4. Obtener y analizar información química disponible en Internet y saber utilizar el lenguaje y les nuevas tecnologías de la información y comunicación para establecer la relación entre los conceptos estudiados y la importancia en la sociedad.
  5. Analizar, comunicar y debatir los temas investigados.

Evaluación

  1. Distinguir las estructuras moleculares de los diferentes estados de la materia.
  2. Conocer los diagramas de fase y como se utilizan.
  3. Conocer los conceptos de aumento ebulloscópico y descenso crioscópico e identificar algunas de sus aplicaciones.
  4. Expresarse utilizando un lenguaje científico adecuado en base a los conceptos trabajados tanto en el informe de laboratorio como en la puesta en común en clase sobre los ejemplos de cambio de fase.

Bibliografia

Ball. P. (2005). Critical mass. How one thing leads to another. New York: Arrow books

Nobelprize.org (s.f.). Johannes Diderik van der Waals – Biographical. Recuperado el 20 de abril de 2018 de https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1910/waals-bio.html

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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