Profundizando en el área de la química

Profundizando en el área de la química

1.    La caracterización de la química como ciencia y la materia base del universo

2.    La materia

3.    Elementos químicos

4.    El átomo

5.    La materia en su interior

6.    Estructura del átomo

7.    La tabla periódica

8.    Enlace químico

9.    Geometría molecular

10.  Polaridad de las moléculas

11.  Hibridación de orbitales

12.  Fuerzas de enlace

13.  Transformaciones de la materia

14.  Reacciones químicas y estequiometria

15.  Estequiometría

I UNIDAD.

La caracterización de la química como ciencia y la materia base del universo

OBJETIVOS:

– Describir las propiedades de las sustancias puras y mezclas así como su importancia en el mejoramiento de la calidad de vida.

LA QUÍMICA Y SU CAMPO DE ESTUDIO

OBJETIVOS:

– Analizar la importancia de la química respecto al desarrollo de procesos industriales, el avance en la tecnología, los procesos biológicos y su impacto en el ambiente, la alimentación, la salud y el desarrollo sostenible en general.

 ¿QUE ES QUIMICA?

     Se pueden señalar algunas definiciones referentes al concepto de química. Generalmente las definiciones dependen del autor y de sus ideas con respecto a ella.

Algunas definiciones son:

-       Química es la rama de la ciencias física estrechamente relacionadas con físicas y que trata esencialmente de la composición y el comportamiento de la naturaleza

-       Química es una ciencia que estudia la naturaleza de la materia y los cambios en la composición de la misma

     En Conclusión Química es una ciencia que estudia la composición de la materia y los cambios que en ella ocurren.

     “La Química, es la ciencia que estudia  la composición, estructura, leyes  y propiedades de las sustancias materiales, de sus interacciones, transformaciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas”.

     Desde los primeros tiempos, los seres humanos han observado la transformación de las sustancias —la carne cocinándose, la madera quemándose, el hielo derritiéndose— y han especulado sobre sus causas. Siguiendo la historia de esas observaciones y especulaciones, se puede reconstruir la evolución gradual de las ideas y conceptos que han culminado en la química moderna.

EL MÉTODO CIENTÍFICO

     La química se considera como una ciencia por que utiliza el método científico.

      Método científico:

         “ Es el método de estudio sistemático de la naturaleza que incluye las técnicas de observación, reglas para el razonamiento y la predicción, ideas sobre la experimentación planificada y los modos de comunicar los resultados experimentales y teóricos”.

PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO

1.     OBSERVACIÓN:

       En el método científico la observación consiste en el estudio de un fenómeno que se produce en sus condiciones naturales. La observación debe ser cuidadosa, exhaustiva y exacta.

2.     PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

      A partir de la observación surge el planteamiento del problema que se va a estudiar, es una pregunta que se plantea sobre la causa del fenómeno observado.

3.     PLANTEAR LA HIPÓTESIS:

     Es una suposición provisional de la que se intenta extraer una consecuencia. Es una posible respuesta al problema planteado.

4.     LA EXPERIMENTACIÓN:

      La experimentación consiste en el estudio de un fenómeno, reproducido generalmente en un laboratorio, en las condiciones particulares de estudio que interesan, eliminando o introduciendo aquellas variables que puedan influir en él. Se entiende por variable todo aquello que pueda causar cambios en los resultados de un experimento y se distingue entre variable independiente, dependiente y controlada. En un experimento siempre existe un control o un testigo, que es una parte del mismo no sometido a modificaciones y que se utiliza para comprobar los cambios que se producen. Todo experimento debe ser reproducible, es decir, debe estar planteado y descrito de forma que pueda repetirlo cualquier experimentador que disponga del material adecuado.  Los resultados de un experimento pueden describirse mediante tablas, gráficos y ecuaciones de manera que puedan ser analizados con facilidad y permitan encontrar relaciones entre ellos que confirmen o no las hipótesis emitidas.

5.     LEY CIENTÍFICA:

     Una hipótesis confirmada se puede transformar en una ley científica que establezca una relación entre dos o más variables, y al estudiar un conjunto de leyes se pueden hallar algunas regularidades entre ellas que den lugar a unos principios generales con los cuales se constituya una teoría.

Las leyes y las teorías encierran a menudo una pretensión realista que conlleva la noción de modelo; éste es una abstracción mental que se utiliza para poder explicar algunos fenómenos y para reconstruir por aproximación los rasgos del objeto considerado en la investigación.

PERIODOS EN EL DESARROLLO DE LA QUÍMICA

Se establecen 6 períodos básicos que son:

·         Prehistórico (descubrimiento del fuego)

·         Griego

·         Alquimia

·         Iatroquímica o química médica

·         Flogisto

·         Período Moderno

PERÍODO GRIEGO

 Leucipo y Demócrito (460-370 a.C.):

      Ambos son los representantes de la escuela atomista. Normalmente se presentan juntos, porque es casi imposible distinguir el pensamiento que pertenece a uno y a otro. Para los atomistas la realidad está conformada por unidades o partículas pequeñísimas e indivisibles: átomos. El número de átomos es infinito. Son impenetrables, indestructibles, eternos, pesados y todos de la misma naturaleza. Sin embargo se da entre ellos una infinita variedad de formas externas y de tamaños.

La dureza y el peso de los cuerpos dependen de la cercanía de los átomos. Estos átomos están situados en el espacio vacío o "no ser" y permanecen en continuo movimiento. Pero se trata de un movimiento eterno que resulta de las precisiones y de los choques entre ellos. En esta concepción mecanicista del mundo todo está determinado por las leyes de la naturaleza.

Las ideas más fuertes de su doctrina son:

·       Psicología: El alma es material y está compuesta de átomos materiales y esféricos, sutiles y de móviles en todos los sentidos; es el principio de la vida y del movimiento en los animales y en los hombres; se alimenta por la respiración de los átomos de fuego esparcidos en el aire. Demócrito afirma al respecto: "… de los cuerpos se desprende constantemente una especie de pequeñísimas imágenes que penetran por los poros de los órganos sensoriales, y al encontrarse con los átomos del alma, originan el conocimiento sensible".

·       Teología: En este concepto esencialmente materialista de la realidad tampoco queda lugar para un Dios personal y trascendente. No obstante, los atomistas admiten la existencia de dioses, que moran en los espacios comprendidos entre los distintos mundos, y que viven felices, sin preocuparse lo más mínimo de los hombres. Los dioses están también compuestos de átomos, más perfectos que los que constituyen los seres terrestres, y son merecedores de la veneración y del culto de los hombres.

·       Ética: En los atomistas solamente cabe una moral estrictamente limitada a la felicidad en la presente vida, sin norma trascendente de conducta ni sanciones futuras.

·       Política: Las leyes son un mal, pues restringen la libertad de la naturaleza; pero son necesarias para obligar a los hombres a obrar bien.

ALQUIMIA

      Período del arte quimerico de la trasmutacion de los de los mtales que se intento en vano durante la edad media. Descubrir la piedra filosofal para obtener oro esta dio el nacimiento de la quimica. alquimia en la edad media

     Los sucesores de los griegos en el estudio de las substancias fueron los alquimistas medievales, aunque sumergidos en la magia y la charlataneria, llegaron a conclusiones más razonables y verosímiles que las de aquéllos, ya que por lo menos manejaron los materiales sobre los que especulaban.

     Durante la edad media, especialmente entre los siglos 5 y 15, la ciencia fue oscurecida por las inquietudes religiosas. Sin embargo, en el siglo 7 la ciencia reapareció con los árabes, quienes habían acumulado los antiguos conocimientos de los egipcios y de la filosofía antigua griega a través de la escuela alejandrina, fundando una práctica: la alquimia, el precedente de la química.

ÁREAS SE ESTUDIO DE LA QUÍMICA

     La Química para su estudio se ha dividido en las siguientes áreas o ramas de estudio.

DIVISIÓN DE LA QUÍMICA.

• Química General: Estudia los fenómenos comunes a toda la materia, sus propiedades y leyes
• Química Inorgánica: Estudia las sustancias constituyentes de la materia sin vida. Estudia las sustancias que provienen el reino mineral.
•  Química Orgánica: Estudia las sustancias de la materia viviente. Estudia principalmente los compuestos que provienen seres vivos, animales y vegetales.
• Química Analítica: Estudia la comprensión y estructura de las sustancias.
• Bioquímica: Estudia los procesos químicos que ocurren en los seres vivos.
• Físico-Química: Estudia los fenómenos comunes a estas dos ciencias.
• Quimiurgia: Estudia la aplicación de la química en la agricultura.
• Astroquímica: Estudia la composición sustancial existente en el universo.
• Radioquímica o Química nuclear: Estudia las transformaciones de los elementos y sustancias radioactivas.
• Química Aplicada: Estudia la utilización de elementos y compuestos en los diferentes campos. Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc.
• Química Forense: Estudia lo referente a muertos y procesos de investigación judicial.

RELACIONES CON OTRAS CIENCIAS

     La química esta estrechamente relacionada con las ciencias físicas, extendiéndose a varias disciplinas que vas desde la astronomía hasta la biología.

-       Física: Se estudia conjuntamente con la química en la ciencia fisicoquímica debido a que muchos fenómenos ocurren simultáneamente combinando las propiedades físicas con las químicas.

-       Arqueología: Para descifrar datos e interrogantes como la antigüedad de piezas arqueológicas. La exactitud se logra por medio de métodos químicos como el del carbono 14.

-       Biología: La ciencia de la vida, se auxilia de la química para determinar la composición y estructura e tejidos y células.

-       Astronomía: Se auxilia de la química para construcción de dispositivos, basados en compuestos químicos para lograr detectar algunos fenómenos del espacio exterior.

-       Medicina: Como auxiliar de la biología y la química, esta ciencia se ha desarrollado grandemente ya que con esta se logra el control de ciertos desequilibrios de los organismos de los seres vivos.

IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA

     La química ha tenido una influencia enorme sobre la vida humana. En otras épocas las técnicas químicas se utilizaban para aislar productos naturales y para encontrar nuevas formas de utilizarlos. En el siglo XIX se desarrollaron técnicas para sintetizar sustancias nuevas que eran mejores que las naturales, o que podían reemplazarlas por completo con gran ahorro. Al aumentar la complejidad de los compuestos sintetizados, empezaron a aparecer materiales totalmente nuevos para usos modernos. Se crearon nuevos plásticos y tejidos, y también fármacos que acababan con todo tipo de enfermedades.

     Al mismo tiempo empezaron a unirse ciencias que antes estaban totalmente separadas. Los físicos, biólogos y geólogos habían desarrollado sus propias técnicas y su forma de ver el mundo, pero en un momento dado se hizo evidente que cada ciencia, a su modo, era el estudio de la materia y sus cambios. La química era la base de todas ellas.                                                                                            La creación de disciplinas inter-científicas como la geoquímica o la bioquímica ha estimulado a todas las ciencias originales.

     El progreso de la ciencia en los últimos años ha sido espectacular, aunque los beneficios de este progreso han acarreado los riesgos correspondientes. Los peligros más evidentes proceden de los materiales radiactivos, por su potencial para producir cáncer en los individuos expuestos y mutaciones en sus hijos. También se ha hecho evidente que la acumulación, en las plantas o células animales, de pesticidas (que antes se consideraban inocuos), o de productos secundarios de los procesos de fabricación, suele tener efectos nocivos. Este descubrimiento, lentamente reconocido al principio, ha llevado a establecer nuevos campos de estudio relacionados con el medio ambiente y con la ecología en general.

 IMPORTANCIA DE LA QUIMICA EN LA INDUSTRIA, EN LA ALIMENTACION, AGRICULTURA Y EN LA FARMACIA.

     La industria química es uno de los sectores más productivos,  considerada dentro del sector secundario de la economía, el cual corresponde a las industrias de transformación y procesamiento de materiales. Dada la tendencia mundial hacia la globalización comercial, la industria nacional deberá incrementar la productividad de sus plantas y elevar la calidad de sus productos para competir en el mercado internacional.

           La sociedad y la industria generan millones de toneladas de residuos peligrosos y no-peligrosos anualmente, por ello es indispensable el uso adecuado y eficiente de materias primas y energéticos, el desarrollo de nuevos procesos con tecnologías limpias, así como la optimización del uso de recursos y de la operación de los procesos existentes. Indudablemente la ingeniería química a contribuido al bienestar económico moderno, y estos cambios lo transformarán en calidad de vida.

     Para lograr esto es necesario realizar investigación en áreas como: síntesis y catálisis química, ingeniería y ciencia de procesos, bioquímica y metrología. Esta investigación debe realizarse enfatizando el análisis, síntesis y desarrollo de tecnología considerando restricciones económicas, ambientales y energéticas. Con esto el rango de investigación-aplicación es considerable tomando en cuenta que en la actualidad los mayores problemas son generados por desechos industriales.

     Existen empresas con nuevos conceptos y retos para una agricultura inteligente. Que son conscientes de la necesidad que tiene la moderna agricultura de productos de acción específica para ayudar, tanto al técnico como al agricultor, a desarrollar técnicas para aumentar la calidad de los frutos y mejorar la producción.

     Desarrollan productos cada vez más específicos para dar a la planta lo que necesita en cada momento de su ciclo biológico.

     Para el medio ambiente y la ecología trabajan con los métodos más modernos para ofrecer al agricultor soluciones concretas, innovadoras y rentables en el ámbito de la nutrición y protección vegetal, compatibles con el medio ambiente para mantener sus cultivos sanos y hacerle partícipe de las últimas técnicas para conseguir el máximo beneficio.

      Una agricultura basada en el respeto al medio ambiente, elaboran productos que no deterioran la calidad de nuestra ecología, rechazando productos tóxicos y utilizando productos naturales en los métodos biotecnológicos de formulación.

CUADRO Nº 1

ALGUNAS APLICACIONES DE SUSTANCIAS QUIMICAS

EFECTOS QUE PRODUCE LA INFLUENCIA DE LA QUIMICA EN EL MEDIO  AMBIENTE.

     Las propiedades de los aerosoles que más afectan a los proceso de contaminación atmosférica son el tamaño de sus partículas, la forma y la composición química.

     Como tóxico se entiende cualquier sustancia que, introducida en el cuerpo en una cierta cantidad, ocasiona la muerte o graves trastornos. Los efectos tóxicos pueden variar entre reacciones alérgicos mas o menos leves y la muerte, con todo tipo de enfermedad o daño temporal o permanente en el entremedio.

     Son muy escasos los casos de que una contaminación ambiental causa una intoxicación tan grave que se produce la muerte instantánea o en poco tiempo (aunque se conocen casos extremos de este tipo). Más común es que contaminaciones del agua o del suelo producen algún tipo de enfermedad (incluyendo cáncer) o reacciones alérgicas.

     Existen numerosos sustancias que, en pequeña dosis, son necesarios o beneficiosos para el cuerpo / la salud y que ingeridas en dosis superior a un cierto limite pueden dañar al organismo.

     La ciencia que estudia las propiedades venenosas (o tóxicas) de las sustancias y sus efectos en seres vivos es la toxicología. La meta principal de la toxicología es la definición del limite (o sea, de la concentración) en que una sustancia comienza a tener efectos nocivos.

TRABAJO DIRIGIDO Nº 1

     Realice la siguiente guia en su cuaderno en grupos de tres estudiantes

1. ¿Qué es la química?

2. ¿Qué es el método científico?

3. Describa los pasos de este método de estudio.

4. Enumere los principales períodos en el desarrollo de la química:

5. Mencione las principales áreas o ramas de la química y que estudia cada una de ellas?

6.Justique con varias razones la importancia de la química en la actualidad:

7. Realice la practica del tema I.

PRACTICA TEMA I.

PARTE A. COMPLETE.

       Escriba en el espacio en blanco la rama de la química que ejemplifica cada aplicación de la misma.

PARTE B. SELECCIÓN.

1.         Lea los siguientes textos, identificados con los números 1, 2, 3 y 4.

Los textos ejemplifican  la aplicación de las áreas de la Química denominadas

A)         2 y 3 – Fisicoquímica – 1 y 4 – Inorgánica.

B)         1 y 2 – Inorgánica – 3 y 4 – Bioquímica.

C)         3 y 4 – Inorgánica  -  1 y 2 – Industrial.

D)        1 y 4 – Bioquímica – 2 y 3 – Analítica.

2.     Lea los siguientes ejemplos.