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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

2ºBac_Q_Bloque 3. Reacciones químicas

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.”

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¿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.

 

 

¿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

 “Breve historia de las baterías”

En 1749, Benjamin Franklin utilizó por primera vez el término “batería” para referirse a unas botellas de vidrio especiales que provocaban descargas eléctricas.

Alessandro Volta, en 1800, diseñó después la primera pila de la historia. Para ello Volta utilizó unos discos de zinc y plata separados por un baño empapado en salmuera, un líquido que hacía la función de electrolito. Cuando un cable se conectaba a ambos extremos de la pila, la corriente continua fluía. Un invento con el que Volta consiguió gran reconocimiento. Además, la unidad de tensión eléctrica recibió el nombre de voltio en su honor. Sin embargo, el dispositivo no podía proporcionar corriente eléctrica durante un largo periodo de tiempo.

El genio autodidacta John F. Daniell, gran amigo de Michael Faraday (el químico que descubrió las leyes de inducción electromagnética), decidió mejorar ese sistema. El británico ideó la pila Daniell en 1836 utilizando electrodos de zinc y cobre. Fue la primera en adquirir un uso práctico: sirvió para alimentar telégrafos, teléfonos y timbres de los hogares durante decenas de años.

Ya en 1866, el investigador francés Gearges Leclanché desarrolló la pila Leclanché, compuesta por dos electrodos de zinc y dióxido de manganeso. Sin embargo la gran novedad de la pila Leclanché residía en utilizar un electrolito en forma de pasta en lugar de líquido, lo cual lo hacía más ligera y fácil de transportar.

Casi al mismo tiempo que George Leclanché desarrollaba su pila, otro francés, Gaston Planté se planteaba cómo lograr que una batería descargara electricidad no solo una vez, sino que se pudiese regenerar. Así, en 1859 Planté desarrolló la batería de plomo-ácido, la primera recargable de la historia, la cual se regeneraba al hacer pasar una corriente eléctrica en sentido contrario.

No fue hasta el 1973 cuando se volvió a tener una revolución importante, y fue el físico estadounidense John B. Goodenough quien desarrolló las baterías de ión litio, utilizadas actualmente en la gran mayoría de dispositivos electrónicos utilizados hoy en día. Actualmente, Goodenough tiene 94 años, es profesor en la Universidad de Austin, Texas, y sigue trabajando en el desarrollo de las baterías.

Actividades

  1. Plantea las reacciones químicas de oxidación y reducción de las pilas de Volta y Daniell.
  2. Realiza un esquema de una pila electrolítica describiendo cada una de sus partes.
  3. Goodenough actualmente sigue trabajando en el desarrollo de las baterías de Ion Litio. Investiga qué nuevas tecnologías está desarrollando. ¿Qué aplicaciones podrían llegar a tener en un futuro próximo? En este apartado se pide aportar fuentes bibliográficas.

Objetivos

            Aprender historia de la química.

            Identificar los diferentes elementos de una pila electrolítica.

            Aplicar los conceptos de reacciones de oxidación y reducción.

            Identificar nuevas tecnologías que se están desarrollando para el futuro.

Criterios Evaluación

Identificar las partes de una pila y de una reacción de oxidación reducción.

Investigar sobre nuevas tecnologías aplicables en la actualidad.

Referencias Bibliográficas

Artículo. “De la pila de Volta al Powerwall de Elon Musk: Breve historia de las baterías” http://www.eldiario.es/hojaderouter/ciencia/bateria-pila-historia-Tesla-powerwall_0_389861108.html

                                                         José Miguel Andrés Rodríguez

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

En 1888 el químico Henry Louis Le Chatelier enunció una teoría según la cual la modificación de un parámetro en una reacción en equilibrio, producirá un reajuste en el sistema hasta alcanzar una nueva posición de equilibrio. Su principio permite estimar como serán los cambios según la variable que se modifique. Estos parámetros pueden ser la temperatura, la presión, la concentración de las especies involucradas o la adición de un catalizador[1].

 

OBJETIVOS

  • Conocer los tipos de reacciones: reversibles o irreversibles
  • Conocer el concepto de equilibrio químico y las distintas constantes que marcan el equilibrio
  • Conocer los parámetros que pueden afectar a una reacción en equilibrio
  • Saber aplicar la Ley de Le Chatelier a problemas con modificación de parámetros.
  • Familiarizarse con el proceso de síntesis de amoníaco Haber-Bosch

 

DESARROLLO DE ACTIVIDAD

Lee el texto [1] y responde a las siguientes cuestiones acerca del principio de Le Chatelier.

  1. Como se podría mejorar el rendimiento de la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) modificando las concentraciones de las especies? Conoces algún proceso industrial que se base precisamente en este método para la síntesis de amoníaco? Dibuja un esquema del proceso
  2. En la reacción   H2(g) + I2(g) ⇄ 2HI, habría algún cambio si se aumentara la presión del sistema? Y en la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g)? En caso afirmativo indicar hacia donde se desplaza el equilibrio.
  3. En la reacción 2N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g), la reacción directa es exotérmica y la inversa, endotérmica. Teniendo esto en cuenta, como se modificará el equilibro con un descenso de la temperatura?
  4. Para la siguiente reacción responda las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifícalo:

PCl3(g) + Cl2(g) ⇄ PCl5(g) ∆=-124kJ/mol

a)Al aumentar la presión la reacción se desplazará hacia el lado de los productos

  1. b) Al disminuir la temperatura la reacción se desplazará hacia el lado de los productos
  2. c) Si se aumenta la concentración de cloro, se disminuirá el rendimiento de la obtención de pentacloruro de fósforo.

 

EVALUACIÓN

En esta actividad se valorara

  • La correcta comprensión del texto dado
  • La comprensión de cómo se estabiliza una reacción y el sistema de equilibrio
  • El aprendizaje de los distintos parámetros que pueden afectar al equilibrio de una reacción química
  • La capacidad de resolver problemas de variación de parámetros de temperatura, presión y concentración en sistemas de equilibrio.
  • La capacidad de argumentación de las distintas afirmaciones.
  • El uso de una correcta redacción en casos de argumentación, sin faltas de ortografía.

 

BIBLIOGRAFÍA

[1]http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/principio-de-le-chatelier

[2]https://es.wikipedia.org/wiki/Amoníaco

[3]https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_fósforo_(V)

Los orígenes de las pilas de combustible

Texto

“Una celda o pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte la energía química de reacción directamente en energía eléctrica, mientras se suministre combustible y oxidante a sus electrodos, sin más limitaciones que los procesos de degradación o mal funcionamiento de los componentes. Como resultado de la reacción electroquímica se produce agua y electricidad. El agua abandona la pila de combustible a través de los electrodos y la corriente eléctrica pasa a un circuito externo.[..]” Seguir leyendo “Los orígenes de las pilas de combustible”

SPL SORENSEN Y LA ESCALA DE pH: UN DESCUBRIMIENTO CRUCIAL

SPL SORENSEN Y LA ESCALA DE pH: UN DESCUBRIMIENTO CRUCIAL

Peter Lavitz Sorensen (1868-1939) fue un químico danés cuya mayor aportación fue la introducción de la escala de pH en 1909 para medir la acidez en disoluciones. Sorensen obtuvo el doctorado en química inorgánica en la universidad técnica de Dinamarca en Copenhague. Entonces empezó a colaborar con el prestigioso laboratorio Carlsberg (asociado a la cervecería con el mismo nombre). Seguir leyendo “SPL SORENSEN Y LA ESCALA DE pH: UN DESCUBRIMIENTO CRUCIAL”

El invento que dio origen a un Premio.

Fragmento del Artículo

“La totalidad de lo que queda de mi fortuna quedará dispuesta del modo siguiente: el capital, invertido en valores seguros por mis testamentarios, constituirá un fondo cuyos interés será distribuido cada año en forma de premios entre aquellos que durante el año precedente hayan realizado el mayor beneficio a la humanidad. Dicho interés se dividirá en cinco partes iguales, que serán repartidas de la siguiente manera: una parte a la persona que haya hecho el descubrimiento o el invento más importante dentro del campo de la física; una parte a la persona que haya realizado el descubrimiento o mejora más importante dentro de la química; una parte a la persona que haya hecho el descubrimiento más importante dentro del campo de la fisiología o la medicina; una parte a la persona que haya producido la obra más sobresaliente de tendencia idealista dentro del campo de la literatura, y una parte a la persona que haya trabajado más o mejor en favor de la fraternidad entre las naciones, la abolición o reducción de los ejércitos existentes y para la celebración y promoción de congresos por la paz. Los premios para la física y la química serán otorgados por la Academia Sueca de las Ciencias, el de fisiología y medicina será concedido por el Instituto Karolinska de Estocolmo; el de literatura, por la Academia de Estocolmo, y el de los defensores de la paz, por un comité formado por cinco personas elegidas por el Storting noruego. Es mi expreso deseo que, al otorgar estos premios, no se tenga en consideración la nacionalidad de los candidatos, sino que sean los más merecedores los que reciban el premio, sean escandinavos o no.”

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