Energía

Se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Se conocen diversas formas de energía, que incluyen la energía mecánica, eléctrica, calorífica y luminosa. Los vegetales utilizan energía luminosa del sol para su crecimiento. La energía eléctrica permite iluminar un cuarto con sólo cerrar un interruptor. La energía calorífica permite cocinar los aliminentos y calentar los hogares.

La energía se puede clasificar en dos tipos principales: cinética y potencial.

Potencial

Cinetica

Un cuerpo en movimiento, como una roca que se despeña, posee energía debido a su movimiento; ésta se denomina energía cinética, y representa la capacidad de realizar trabajo en forma directa y se transfiere de un objeto a otro. La energía potencial es la energía que posee un cuerpo debido a su posición o su composición. El carbón, por ejemplo, posee energía química, una forma de energía potencial, debido a su composición. Algunas plantas generadoras de electricidad utilizan carbón, como combustible para producir calor y en forma subsecuente, energía eléctrica. Una roca que se encuentra en la cima de una montaña posee energía potencial debido a su altura. Cuando se despeña convierte su energía potencial en energía cinética. 

Todos los procesos químicos están acompañados de cambios de energía hacia el medio circundante al producirse, generalmente en forma de energía calorífica, éstas reacciones se denominan exotérmicas; sin embargo otras reacciones son endortérmicas, es decir, absorben energía del ambiente circundante.

Fundamentos de Química

La química es una ciencia eminentemente experimental. La mayoría de los químicos trabaja en un laboratorio en una forma u otra. En un sentido amplio se puede visualizar a la Química en tres niveles. El primer nivel es la "observación". En este nivel, el químico observa lo que en realidad ocurre en un experimento: un aumenot de temperatura, un cambio de colr, una formación de gas, etc. El segundo nivel es la "representación". El químico registra y describe el experimento en un lenguaje científico mediando el uso de símbolos y ecuaciones. Este lenguaje ayuda a simplificar la descripción y establecer bases comunes en las cuales los químicos pueden comunicarse entre sí. El tercer nivel es la "interpretación", el cual significa que el químico intenta explicar el fenómeno observado.

Tomemos en cuenta un ejemplo: toda persona ha presenciado la corrosión del hierro alguna vez. Este proceso ocurre en el mundo macroscópico, donde se enfrenten cosas que pueden ser vistas, tocadas, pesadas, etc. Si se estudiara la corrosión del hierro como un proyecto químico, el siguiente paso sería describir este proceso con una "ecuación química" que explicara la forma en que se produce la herrumbre a partir de hierro, oxígeno gaseoso y agua en un conjunto de condiciones dadas.

Por último se harian preguntas como: "¿Qué ocurre realmente cuando el hierro se corroe?" y "¿Por qué en condiciones semejantes el hierro se corroe y el oro no?".

Para contestar esas preguntas y otras relacionadas, es necesario conocer el comportamiento de las unidades fundamentasl de las sustancias, que son los átomos y moléculas. Debido a que éstos son extremadamente pequeños comparados con los objetos macroscópicos, la interpretación de un fenómeno observado nos lleva al mundo microscópico.

En el estudio de la química, es necesario considerar ambos mundos, el microscópico y el macroscópico. los datos para las investigaciones químicas por lo general provienen de fenómenos de gran escala y observaciones. pero las hipótesis, teorías y explicaciones demostrables, que hacen de la Química una ciencia experimental, a menudo se expresan en términos del invisible y parcialmente imaginario mundo microscópico de los átomos y las moléculas. Se ha dicho a menudo, que el químico ve una cosa (en el mundo macroscópico) y piensa otra (en el mundo microscópico). En el ejemplo dado, el quimico verá una chapa oxidada, y pensará en las propiedades fundamentales de las unidades individuales del hierro y en la misma forma en que estas unidades interactúan para producir el cambio observado.

Masa y Peso

La masa es una medida de la cantidad de materia de un objeto. Los términos "masa" y "peso" se usan a menudo como sinónimos, aunque, en rigor, se refieren a cantidades diferentes. En el lenguaje científico, el peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Una manzana que cae de un árbol es atraída hacia abajo por la fuerza de la gravedad de la Tierra. la masa de una manzana es constante y no depende de su situación, pero su peso si. por ejemplo, en la superficie de la Luna la manzana solo pesaría la sexta parte de lo que pesa en la Tierra, dado que la gravedad lunar es sólo un sexto de la terrestre. Ésta es la razón por la cual los astronautas son capaces de saltar en la superficie de la Luna a pesar de lo voluminoso de su equipo y sus trajes espaciales. La masa de un objeto se puede determinar con facilidad empleando una balanza, proceso, que en el extremo desatino, se denomina pesar.

Parámetros utilizados en las distintas mediciones

Para el uso de los instrumentos de medición,  a los fines de la interpretación de la medición se define:

•  Capacidad

El mayor valor que puede leer un instrumento.

• Rango de medida

La diferencia entre los valores máximo y mínimo que puede leer un instrumento.

• Número de divisiones

Es la cantidad de divisiones existentes en el rango de la medida.

• Apreciación

Constante/n, siendo "n" comunmente 2. La apreciación está relacionada con la menor variación del parámetro de medición que se puede apreciar. Por ejemplo si las rayitas que determinan las divisiones del instrumento están separadas 1mm, la constante dividida por 2 será la apreciación, en cambio si están separadas por 5mm, se podrán apreciar hasta las variaciones del orden del mm, con lo cual la apreciación será la constante/5 (es decir n=5)

• Error Absoluto de una medición

Supongamos que se mida una magnitud con un instrumento poco exacto, obteniendose un valor aproximado de la misma y se conoce además el valor considerado exacto de esa magnitud, obtenido por un operador muy experimentadom con un instrumento muy confiable y en las mejores condiciones operativas. Se llama error absoluto de la medición a la diferencia entre el valor aproximado y el valor exacto:

Error Absoluto = Valor aproximado - Valor exacto
E.A = Va - Ve

Esto significa que el error absoluto de la medición es la desviación de la misma respecto del valor considerado como exacto.

• Error Relativo

Es el cociente entre el error absoluto  el valor exacto

Error Relativo = Error absoluto / Valor exacto
E.R = (Va - Ve) / Ve

Da el error que se comete por cada unidad que se mide y es más representativo de la calidad de la medición que el error absoluto.

• Error %

 Es el error relativo multiplicado por 100. Da el error que se comete por cada 100 unidades que se miden.

• Precisión

Está relacionada con la capacidad del instrumento de arrojar la misma lectura en mediciones repetidad, menteniendo constante la variable que se mide.

• Exactitud

Es el grado de aproximación de una medida al valor considerado como exacto. De acuerdo a esto cuanto menor sea el error relativo de una medición mayor será la exactitud de la misma.

• Calibración

Calibrar un instrumento es determinar el error que arrojan sus lecturas (calibrar también se usa en el sentido de graduar un instrumento, es decir, determinar en él las marcas y divisiones para poder utilizarlo como adelanto de medición). La calibración puede hacerce con unos instrumentos más exactos que mida el mismo parámetro, o con instrumentos que lean otros parámetros y en función de ellos puede calcularse el del instrumento a calibrar, con mayor exactitud. Por ejemplo, un instrumento que mida volumen (como una probeta) se puede calibrar pesando el agua que contiene (a temperatura y densidad controladas), y dividiendo por la densidad se calcula el volumen.

Mediciones

Las mediciones que haces los químicos se utilizan a menudo en cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Existen diferentes instrumentos que permiten medir las propiedades de una sustancia: con cinta métrica se miden longitudes, mientras que con la bureta, la pipeta, la probeta graduada y el matraz volumétrico se miden volúmenes; con la balanza se mide la masa, y con el termómetro la temperatura. Estos instrumentos permiten hacer mediciones de propiedades macroscópicas, es decir, que pueden ser determinados directamente. Las propiedades microscópicas, a escala atómica o molecular, se deben determinar por un método indirecto.

Una cantidad medida suele escribirse como un número con una unidad apropiada. Así decir que la distancia en automóvil entre Nueva York y San Francisco por cierta carretera es de 5166 no tiene significado. Se debe especificar que la distancia es de 5166 kilómetros. Lo mismo es válido en química; las unidades son indispensables para expresar en forma correcta las mediciones.

Unidades del SI

Durante muchos años los científicos expresaron las mediciones en unidades métricas, relacionadas entre sí decimalmente; es decir, en potencias de 10. Sin embargo, en 1960, la Conferencia General de Pesas y Medidas, que es la autoridad internacional del sitema de unidades, propuso un sistema métrico revisado y actualizado, al que denominó Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés Systéme Intenationale d'Unites).

Las mediciones que se utilizan con frecuencia en el estudio de la química son tiempo, masa, volumen y temperatura.

Errores cometidos en una medición

Siempre que se efectúa una medición se cometerá un error. Los errores que pueden cometerse son los siguientes:

• Errores instrumentales

 Debido por lo general a una mala calibración del instrumento de medida, por ejemplo para una medida de volumen  la escala indica un volumen distinto del realmente contenido en el recipiente.

• Errores de apreciación

 Son los errores que comete el operador al efectuar una lectura. Por ejemplo al efectuar una lectura de volumen se considera que el operador puede cometer un error en la apreciación del enrase lo cual se traduce en un error volumétrico correspondiente al cilindro que tiene por base la sección que se mide, y por la altura el error en la apreciación del nivel.

• Errores relacionados con la temperatura a la que se efectúa la medición

Todos los materiales varían sus dimensiones lineales (y por consiguiente sus secciones y volúmenes) con la temperatura, lo cual implica que para realizar mediciones más exactas deberá tenerse en cuenta este parámetro. Los instrumentos más exactos traen grabada la temperatura de calibración en los cuerpos de los mismos.

• Otros errores

 Pueden existir errores de diversos tipos como por ejemplo la retención de líquidos en las paredes de un recipiente de medida de volumen, pesadas en presencia de corriente de aire o de vibraciones que afecten el funcionamiento de la balanza, etc.

Todos estos factores contribuyen en mayor o menor medida al error denominado absoluto de una medición, es decir la desviación del valor medido respecto del valor verdadero o exacto.

Como medir un volumen en un recipiente con marcas o aforos

La manera de medir es siempre a la altura de la vista. La superficie, por un fenómeno de tensión superficial, forma con las paredes del recipiente que los contiene un cierto ángulo, dando lugar a un menisco, que debe colocarse tangente a la línea de lectura. Se presentan dos casos:

• Líquidos que no mojan las paredes, como el caso del mercurio: menisco cóncavo.
• Líquidos que mojan las paredes (la mayoría), como el agua: menisco convexo

El método científico

Todas las ciencias, incluidas las sociales, utilizan variantes de lo que se denomina el método científico, un enfoque sistemático para la investigación. Por ejemplo, un psicólogo que quiere saber cómo afecta el ruido la capacidad de las personas para aprender química, y un químico interesado en medio el calor liberado cuando se quema hidrógeno en presencia de aire, seguirían más o menos el mismo procedimiento para llevar a cabo sus investigaciones. El primer paso es definir con claridad el problema; el siguiente radica en desarrollar experimentos, hacer observaciones cuidadosas y anotar la información o datos del sistema, que es la parte del universo que se investiga.

Los datos obtenidos en una investigación pueden ser cualitativos, es decir, observaciones generales acerca del sistema, como cuantitativos, que consisten en números obtenidos al hacer diversas mediciones del sistema. En general, los químicos utilizan símbolos estandarizados y ecuaciones para anotar sus mediciones y observaciones. Esta forma de representación no solo simplifica el proceso de llevar registros sino que también forma la base común para la comunicación con otros químicos.

Una vez que los experimentos se han completado y se cuenta con los datos suficientes, el siguiente paso en el método científico es la interpretación, lo que significa que los científicos intentan explicar los fenómenos observados. Con el fundamento en los datos reunidos, el investigador formula una hipótesis, es decir, una explicación tentativa para una serie de observaciones. Se programan otros experimentos para probar la validez de hipótesis en tantas formas como sea posible, y el procedimiento empieza de nuevo.

Una ves que se haya reunido una cantidad suficiente de datos, es aconsejable resumir esa información en forma concisa, como una ley. En la ciencia, una ley es un enunciado conciso, verbal o matemático, de una relación entre fenómenos que siempre se repite bajo las mismas condiciones. Por ejemplo, la segunda ley del movimiento formulada por Sir Isaac Newton, establece que la fuerza es igual a la masa por la aceleración (F=m.a). El significado de esta ley es que un aumento de la masa o en la aceleración de un objeto siempre llevará a un aumento proporcional de su fuerza; y por el contrario, una disminución en la masa o en la aceleración, siempre se acompañará de una disminución de la fuerza.

Las hipótesis que resisten muchas pruebas experimentales para verificar su validez se convierten en teorías. Una teoría es un principio unificador que explicar un grupo de hechos y leyes que se basan en estos. Las teorías también son probadas constantemente. Si con los experimentos se demuestra que una teoría es incorrecta, entonces deberá descartarse o modificarse hasta que sea congruente con las observaciones experimentales. Aprobar o descartar una teoría puede llevar años o incluso siglos; es posible que esto se deba a que no se cuenta con la tecnología adecuada. Un ejemplo concreto es la teoría atómica. Llevó mas de 2000 años demostrar este principio fundamental de la química propuesto por Demócrito, un filósofo de la antigua Grecia. Un ejemplo mas actual es la teoría del Big Bang, acerca del origen del universo.

El progreso científico rara vez se logra en forma rígida, paso a paso. En ocasiones una ley precede a una teoría; otras veces sucede lo contrario. Quizá dos científicos empiecen a trabajar en un proyecto con exactamente el mismo objetivo, pero al final pueden tomar direcciones distintas por completo. Los científicos, después de todo, son humanos, y en sus formas de pensar y de trabajar influyen sus antecedentes, su entrenamiento y su personalidad.

El desarrollo de la ciencia ha sido irregular y algunas veces ilógico. Los grandes descubrimientos suelen ser productos de contribuciones y experiencia acumulada de muchos investigadores, aunque el crédito por haber formulado una ley o una teoría por lo general se otorga solo a un individuo. Existen por su puesto, una cierta dosis de suerte en los descubrimientos científicos, pero se ha dicho que "la suerte favorece a las mentes preparadas". Corresponde a una persona preparada y alerta reconocer el significado de un descubrimiento accidental y obtener el máximo provecho de ello. La mayor parte de las veces, el público solo conoce los acontecimientos científicos espectaculares. Sin embargo, por cada historia exitosa existen cientos de casos en los que los científicos han pasado años trabajando en proyectos que finalmente terminaron siendo infructuosos, o en los que los resultados vinieron solos después de muchos errores, y en forma tan lenta que no fueron tan celebrados por el mundo. No obstante, hasta las investigaciones infructuosas también contribuyen al avance continuo del conocimiento del universo. Es el amor por la investigación lo que mantiene a muchos científicos en el laboratorio.

Estados físicos de los materiales

Los materiales pueden presentarse, principalmente, en tres estados físicos diferentes (estados de agregación de la materia): sólido, líquido y gaseoso.

Los tres estados se diferencian por propiedades físicas muy concretas. Los gases llenan completamente cualquier espacio en que se encuentren y son fácilmente compresibles (disminuyen o aumentan su volumen frente a una compresión o una descompresión). Los líquidos, a semejanza de los gases, adoptan la forma del recipiente que los contiene.

Sin embargo, mientras que un gas no tiene superficie límite, un líquido tiene una superficie que limita la extensión del espacio (volumen) que puede ocupar. Además, los líquidos son prácticamente incompresibles. Los sólidos sin incompresibles y poseen volumen y forma definida. Los sólidos son rígidos, los líquidos y los gases pueden fluir.

Los materiales pueden pasar de un estado a otro mediante procesos físicos, es decir, transformaciones que no modifiquen su identidad. Estos cambios de estado reciben diferentes nombres. 

No existe un criterio único respecto de los nombres asignados a los diferentes cambios de estado. Debido a ello, encontraremos que algunos autores denominan condensación a los procesos por los cuales un material en estado gaseoso puede pasar a un estado condensado (sólido o líquido).

Un material en estado gaseoso que pueda estar en contacto con uno de sus estados condensados recibe el nombre de vapor. Por ejemplo, a temperatura ambiente y presión normal pueden coexistir el agua en estado líquido y en estado gaseoso, por eso decimos que en el aire hay vapor de agua. A temperatura ambiente y presión normal no pueden coexistir el oxígeno líquido y gaseoso, por eso decimos que el aire contiene gas oxígeno.

Algunos autores utilizan el termino vaporización para referirse a los procesos por los cuales un material en estado condensado pasa al estado gaseoso.

También algunos autores utilizan el termino volatilización para referirse a los procesos por los cuales un material en estado sólido pasa al estado gaseoso.

Respecto del cambio del estado gaseoso al estado líquido, denominamos licuación al proceso por el cual un material en estado gaseoso pasa al estado líquido debido a un aumento de la presión (generalmente acompañado por una disminución de la temperatura). Denominamos condensación al proceso por el cual un material en estado gaseoso pasa al estado líquido debido exclusivamente a una disminución de la temperatura.

Cabe aclarar también que el proceso de vaporización de un líquido puede verificarse a través de la superficie libre (evaporación) o puede tener lugar en toda la masa del líquido (ebullición).

Estudio de la química

El mundo que nos rodea contiene objetos tales como libros, montañas, etc, que denominamos cuerpos. Estos cuerpos sufren cambios, transformaciones, que son estudiadas por las ciencias naturales, como la Química, la Física y la biología. Las explicaciones dadas por estas ciencias son verificables; se basan en hechos comprobables; son ciencias experimentales.

El componente común en todos los cuerpos es la materia. Todo ente material ocupa un lugar en el espacio (tiene volumen) y posee masa.

Existen distintos tipos de materiales que forman los cuerpos. Un anillo de plata y una pulsera de plata son cuerpos diferentes formados por el mismo material. Un anillo de oro y un anillo de plata son cuerpos iguales formados por distintos materiales. La Química se ocupa principalmente de la composición, propiedades y transformaciones de los materiales.

El Químico no se preocupa por la forma de los cuerpos, sino por su composición; le interesa saber por ejemplo el metal que forma un cuchillo, independientemente de la forma o tamaño de este. Las propiedades características del metal seguirán siendo las mismas aunque el cuchillo se rompa en varios fragmentos o aunque con dicho metal se fabrique un tenedor.

En el universo no sólo encontramos materia, sino también energía. Esta adopta diferentes formas y sufre continuos cambios (por ejemplo, la energía cinética de un cuerpo arrojado verticalmente se transforma gradualmente en energía potencial y energía calórica debido al rozamiento con el aire). La Química también se ocupa de los cambios energéticos que se verifican cuando se producen transformaciones en los materiales.

Historia de la Ingeniería Química

Interesante video que nos cuenta como comenzó la Ingeniería Química, muy bueno lo recomiendo.

"Narrated by Chemical Engineer Sergio Garcia Fonseca, Adjoined Professor of the Unit Operations Department UNI in Managua, NIcaragua. Narrado por el Ing. Sergio Garcia Fonseca, docente del Departamento de Operaciones Unitarias de la Univerdidad Nacional de Ingenieria en Managua NIcaragua. sergio.garcia@fiq.uni.edu.ni"

La energía y el ambiente

La energía es un producto secundario de muchos procesos químicos, y a medida que la demanda de energía va en aumento tanto en los países con tecnología avanzada, por ejemplo Estados Unidos de América, como en aquellos que están en desarrollo, los químicos trabajan afanosamente para encontrar nuevas fuentes de energía. Actualmente las principales fuentes de energía más comunes son los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). A la velocidad actual de consumo, se estima que las reservas alcanzarán para otros 50 o 100 años, de ahí la urgencia para encontrar fuentes alternativas de energía.

La energía solar promete ser una fuente de energía para el futuro. Cada año la superficie de la Tierra recibe de la luz solar alrededor de 10 veces la energía contenida en todas las reservas conjuntas conocidas de carbón, aceites, gas natural y uranio. Sin embargo, mucha de esa energía es "desperdiciada" porque se vuelve a reflejar en el espacio. Los enormes esfuerzos realizados en investigación durante los últimos 30 años, mostraron que la energía solar puede aprovecharse eficientemente de dos maneras.. Una es la transformación directa de la luz solar en electricidad mediante el uso de dispositivos denominados celdas fotovoltaicas. La otra consiste en utilizar la luz solar para obtener hidrógeno a partir del agua. El hidrógeno generado alimenta posteriormente a una celda combustible para generar electricidad. Aunque han aumentado los conocimientos en los procesos científicos para convertir la energía solar a electricidad, la tecnología aún no se ha perfeccionado hasta el punto de que pueda producir electricidad a gran escala a un costo econímicamente aceptable. Sin embargo, se proyecta que para el año 2050 la energía solar contribuirá con un poco más del 50% para satisfacer las necesidades energéticas del mundo.

Otra fuente potencial de energía es la fisión nuclear, pero debido a la preocupación por los desechos radiactivos de los procesos de fisión para el ambiente, el futuro de la industria nuclear en Estados Unidos de America es incierto. Los químicos pueden ayudar a desarrollar mejores métodos para la eliminación de los dechechos nucleares. La fusión nuclear, proceso que ocurre en el Sol y otras estrellas, genera enormes cantidades de energía sin producir demasiados desechos radiactivos peligrosos. Dentro de unos 50 años, la fusión nuclear probablemente será una fuente sustancial de energía.

La producción y utilización de energía están estrechamente relacionadas con la calidad del ambiente. La desventaja principal de los combustibles fósiles es que, al quemarse desprender dióxido de carbono, un gas de invernadero (es decir, que promueve el calentamiento de la atmósfera terrestre), además de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, lo que ocasiona lluvia ácida, y smog. (El aprovechamiento de la energía solar no tiene tales efectos dañinos para el ambiente.) Los automóviles que consuan un combustible eficaz y que estén provistos de convertidores catalíticos más eficientes, ayudarán a reducir en forma drástica las perniciosas emisiones de los automóviles y a mejorar la calidad del aire en áres con demasiado tráfico. Adicionalmente deberá predominar el uso de automóviles eléctricos equipados con baterías de larga duración, con lo cual también disminuirá la contaminación del aire.

Instrucciones de seguridad para laboratorio

Las siguientes son algunas instrucciones orientadas a evitar accidentes.

• Recordar siempre que el laboratorio es un lugar de Trabajo Serio y Responsable.
• No beber, fumar o comer en el laboratorio como así también dejar en la mesada algún tipo de prenda.
• No pipetear directamente con la boca ácidos, bases o solventes orgánicos. Cuando se midan volúmenes se utilizarán probetas y para volúmenes mas exactos se usarán pipetas a las que se adicionarán una perita de goma para succionar.
• Prepárese siempre para evitar cualquier experiencia.
• Si vierte sobre si mismo un ácido u otro elemento corrosivo, lávese inmediatamente con abundante agua limpia.
• No tocar nunca compuestos químicos directamente con las manos, a no ser que se indique tal posibilidad.
• No gustar ningún compuesto químico, a no ser que se indique tal posibilidad.
• Cuando desee conocer el olor de alguna sustancia, no acercar directamente la cara sobre el recipiente. Puede si abanicar un poco del vapor hacia la nariz moviendo la mano sobre la superficie del mismo.
• Deje pasar bastante tiempo para que se enfríe el vidrio que fue calentado por ejemplo para doblarlo. Recuerde que un vidrio caliente tiene el mismo aspecto que el vidrio frio.
• Informar cualquier accidente que ocurriese en el laboratorio, por más pequeño que pareciere.
• Trabaje bajo campana de protección cuando haya desprendimiento de vapores tóxicos.
• Tire todos los sólidos y papeles que sean desechables al recipiente colocado a tal fin. No tire cerillas, papel de filtro, o algún otro sólido solubre en la pileta.
• Compruebe cuidadosamente los rótulos de los frascos de reactivos de compuestos utilizados. No introducir ningún objeto en un frasco de reactivo.
• Cuando calienta una sustancia en un tubo de ensayo, dirija un extremo del tubo hacia una parte que no pueda dañar a Ud. ni a sus compañeros de tareas. Tenga en cuenta que el contenido del tubo puede proyectarse hacia el exterior.
• Utilizar un baño de agua o de vapor para calentar disolventes volátiles inflamables. Nunca aplicar llama directamente a un recipiente que contenga material volátil o inflamable, ni situal llama cerca del recipiente.
• Preste atención al trabajar con equipos de vidrios como ser: tubos y termómetros. Recuerde que el vidrio es frágil y se rompe fácilmente, constituyendo un accidente que causa lesiones con mucha frecuencia.
• Utilice bata protectora.

Los Símbolos

A todos los elementos se les ha asignado un símbolo químico constituido por 1 o 2 letras, que permite su uso e identificación internacional. El símbolo proviene en la mayoría de los casos de la primera y segunda letra de su nombre en latín, como por ejemplo Ag: plata (Argentum), K: potasio (kalium), etc. Los últimos elementos descubiertos llevan nombres en honor a científicos ilustres o a lugares geográficos. Así el fermio (Fm) proviene del nombre del físico italiano Enrico Fermi, el einstenio (Es) de Albert Einstein, el californio (Cf) de California, etc. Obsérvese que la segunda letra se escribe siempre en minúscula.
Es conveniente familiarizarse con los símbolos de los elementos de las dos primeras filas horizontales y las dos filas verticales en cada extremo de la Tabla Periódica. Por supuesto, no es necesario memorizarlos puesto que el uso frecuente ayudará a retenerlos.

Elementos

Se denomina elemento al constituyente común a una sustancia simple, a sus variedades alotrópicas y a todas aquellas sustancias compuestas que por descomposición pueden originar dicha sustancia simple.
El elemento oxígeno sorma la sustancia simple oxígeno (a temperatura ambiente) y la sustancia simple ozono (también gaseosa a temperatura ambiente); también está presente en sustancias compuestas tales como dióxido de silicio y agua.
Decimos que la sustancia simple oxigeno y la sustancia simple ozono están formadas por el elemento oxigeno. El dióxido de silicio está formado por el elemento silicio y el elemento oxigeno. Por descomposición total del dióxido de silicio yse obtienen las sustancias simples oxigeno y silicio. El agua está formada por el elemento hidrógeno y el elemento oxigeno. Por descomposición del agua se obtienen sustancias simples hidrógeno y oxígeno. El agua puede ser obtenida por síntesis a partir de las sustancias simples hidrógeno y oxigeno.
El elemento carbono está presente en dos sustancias simples. el grafito y el diamante, y en una enorme cantidad de compuestos, muchos de ellos biológicamente importantes, como los glúcidos, las proteínas, etcétera.
Existen 107 elementos conocidos que se agrupan en una tabla denominada Tabla Periódica. No todos los elementos forman sustancias simples estables. Algunas sustancias simples tienen existencia muy corta, los elementos que las constituyen se llaman elementos radiactivos.
La mayoria de las sustancias elementales son metales como el sodio, el oro, el mercurio. Solamente 22 elementos forman sustancias elementales que no son metálicas, como por ejemplo, el nitrógeno, el bromo, el azufre, el oxígeno, el carbono.

Salud y medicina

Tres logros principales en el siglo pasado han permitido prevenir y tratar las enfermedades: las medidas de salud pública que establecen los sistemas de sanidad para proteger de enfermedades infecciosas a gran cantidad de gente; la cirugía con anestesia que permite a los médicos curar casos potencialmente fatales, como apendicitis, y la introducción de vacunas y antibióticos que hacen posible prevenir la diseminacion de enfermedades microbianas. La terapia génica promete ser la cuarta revolución en la medicina. (Un gen es la unidad fundamental de la herencia.) Varios miles de situaciones conocidas, que incluyen la fibrosis quística y la hemofilia, son ocasionadas por un daño heredado en un solo gen. Muchos otros padecimientos, como cancer, enfermedades cardiovasculares, SIDA y artritis, provocan que el daño se propague a uno o mas genes implicados en las defensas del organismo. En la terapia génica, un gen sano seleccionado se introduce a la célula de un paciente para curar o aliviar estos trastornos. Para llevar a cabo este procedimiento, un médico debe tener un conocimiento sólido de las propiedades químicas de los componentes moleculares que están implicados. El conocimiento del genoma humano, que contiene todo el material genético de nuestro cuerpo y una función esencial en la terapia génica, se apoya fuertemente en las técnicas químicas.
En la industria farmacéutica, los químicos investigan fármacos potentes con pocos o nulos efectos colaterales para tratar el cáncer, SIDA y muchas otras enfermedades, así como fármacos para aumentar el número de trasplantes exitosos de órganos. En una escala más amplia, los adelantos en el conocimiento de los mecanismos de envejecimiento llevarán a una vida más prolongada y saludable para la población mundial.

Transferencia y medición de sólidos y líquidos

Un reactivo cristalino o en polvo se sacará de un frasco almacén por medio de un instrumento limpio y seco, con una espátula o con un cuchillo. Esto reducirá la posibilidad de introducir cualquier impureza en el reactivo almacén, no debe volverse al frasco ninguna porción de la misma. El reactivo sobrante puede contaminarse luego de haberse sacado del frasco. Al regresarlo al frasco nuevamente se pueden llevar impurezas al mismo.
Antes de sacar un reactivo del frasco se debe leer cuidadosamente la etiqueta para asegurarse que el reactivo es el determinado para lo que queremos realizar.
Para transferir una pequeña cantidad de reactivo, granulado o en polvo desde un frasco a otro recipiente, se utiliza generalmente una espátula seca y limpia.
Para transferir grandes cantidades se utiliza un trozo de papel limpio arrollado en forma de cono. El extremo mas estrecho se inserta en la abertuda del recipiente y se echa el reactivo sólido sobre la parte más ancha del cono. Así puede transferirse rápidamente una cantidad considerable de reactivo sólido con un mínimo de perdidas y sin contaminación.

Balanza

Las cantidades de sólidos y líquidos pueden medirse determinando sus masas (pesando). Aunque las balanzas de laboratorio difieren algo en su aspecto y detalle de operación, los principios básicos de manejo son similares.

Espátula

Instrumentos de vidrio y porcelana

La Química

La química es el estudio de la materia y de los cambios que experimenta. Es muy frecuente que a la química se le considere la ciencia central, ya que para los estudiantes de biología, física, geología y otras diciplinas es esencial tener un conocimiento básico de la química. En efecto, la química es fundamental para nuestro estilo de vida; sin ella, tendriamos una vida más efímera en el sentido de vivir en condiciones primitivas: sin automóviles, electricidad, computadoras, discos compactos y muchos otros satisfactores cotidianos.

Aunque la química es una ciencia ancestral, sus fundamentos modernos se instituyeron en el siglo XIX, cuando los avances tecnológicos e intelectuales permitieron a los científicos separar sustancias en componentes aun más pequeños y, por consiguiente, explicar muchas de sus características físicas y químicas. El rápido desarrollo de una tecnología cada vez más sofisticada a lo largo del siglo XX, ha proporcionado incluso más medios para para estudiar cosas que no pueden verse a simple vista. Media el uso de computadoras y microscopios electrónicos, los químicos pueden analizar, por ejemplo, la estructura de los átomos y las moléculas, unidades fundamentales en las que se basa el estudio de la química, así como diseñar nuevas sustancias con propiedades específicas, como fármacos y productos que hagan más agradable el ambiente del consumidor.

A medida que avanza el siglo XXI, es conveniente preguntarse qué parte de ciencia fundamental tendrá la química este siglo. Es casi seguro que conservará una función fundamental en todas las áreas de la ciencia y la tecnología.

Química Física

La Química Física es una ciencia cuyo objetivo es el estudio de los procesos químicos y bioquímicos desde un punto de vista físico. Para abordar el estudio de estos procesos, la Química Física lo hace a través de enfoques microscópicos y macroscópicos, estableciendo modelos y postulados que van a permitir predecir y explicar los fenómenos estudiados.
Dado que los estudios de Farmacia están dirigidos al conocimiento del fármaco en profundidad, desde el diseño y la síntesis de los mismos, hasta la absorción, distribución, biotransformación, acción y excreción de estos, es necesario el conocimiento de los mecanismos a través de los cuales dichos fármacos atraviesan las membranas. Así mismo, es necesario el estudio de las propiedades fisicoquímicas de moléculas y membranas que influyen en el transporte, siendo estas el tamaño molecular, la forma de la molécula, el grado de ionización y la solubilidad relativa en lípidos de las distintas formas ionizadas y no ionizadas.
Desde el punto de vista de los análisis clínicos tienen una gran relevancia las pruebas fisicoquímicas de los fluidos biológicos que serán indicativas de posibles trastornos.
Por otra parte la Química Física constituye el fundamento para el cálculo, diseño y optimización de operaciones y procesos industriales.

Algunos materiales utilizados en el laboratorio

Utilizados para la contención, medición y calentamiento de líquidos.

• Balón

Recipiente en forma esférica con cuello largo o corto. Se utiliza para calentamiento rápido y evaporaciones lentas. Muy apto para calentamiento.

• Matraz común (sin aforo)

Similar al balón pero con fondo plano. Muy utilizado para calentamiento al igual que el balón.

• Erlenmeyer

Tiene forma cónica y cuello permitiendo su agitado sin proyecciones de líquido. Puede utilizarse para calentamiento.

• Vaso de precipitado

Es de forma cilíndrica, alargado o no. Sirve para contención, calentamiento común y para evaporar (en cuyo caso se lo hace generalmente a Baño María y tapando con vidrio relog para evitar proyecciones), como así también para producir precipitaciones de sólidos por reacción química o disolver solutos en solventes con ayuda de una varilla de agitación.

Los elementos nombrados hasta aquí están hechos de vidrio resistente química y térmicamente (generalmente del tipo Pirex) y no se calientan directamente a la llama sino indirectamente, siendo el medio más común el empreo de Tela de Amianto que se apoya a su vez sobre un Trípode o Anilla.

•  Tubo de ensayo

Es un recipiente cilíndrico de paredes delgadas, cerrados por un extremo. Pueden ser calentados a la llama directa pero con cuidado y flameando sosteniendolo mediante pinza, generalmente de madera. La boca debe apuntar siempre a un costado del operador y debe ser calentado por la parte superior del líquido para evitar proyecciones.

Uso para contención pero No calentamiento

• Cristalizador

es un recipiente cilíndrico de diámetro grande en relación con su altura, para lograr una gran superficie de líquido expuesta a la atmósfera, de manera que permita la vaporización del agua a temperatura ambiente, para así aumentar la concentración del soluto de las soluciones acuosas, el cual precipitará en forma de cristales al sobresaturar. Nunca deben calentarse, se colocan en él soluciones con temperaturas de hasta generalmente 80ºC.

Uso para medicón de volumen

• Matraz aforado

Es utilizado para la preparación de un volumen determnado de solución. Se trata de un recipiente que posee un cuello largo y en el mismo posee un aforo o marca según la cual debe efectuarse la medida. Lleva indicada su capacidad y la temperatura a la que debe realizarse la lectura. Los más comunes son de 100 hasta 2.000cc3. Se utiliza para medir volúmenes grandes con gran precisión y exactitud. Nunca deben calentarse bajo ningún concepto.

• Probeta

Es un cilíndro vertical graduado con un pié y pico o tapa. Sirven para medir y trasvasar líquidos. A igualdad de volúmen medid son menos exactas que los matraces aforados, utilizandose entonces para medicion de grandes volúmenes cuando no es necesario mucha exactitud.

• Pipeta

Son tubos de vidrio cilindricos, afinados en uno de sus extremos, utilizados para medir y trasvasar volúmenes pequeños de líquidos. Hay de dos tipos:
Pipetas comunes: son graduadas
Bolpipetas o pipetas aforadas: poseen uno o dos aforo y sirven para medir un solo volumen. Constan de un ensanchamiento para aumentar la capacidad y exactitud o incluso por razones de seguridad (también eventualmente pueden no tener ensanchamiento, en cuyo caso se denominan simplemente pipetas aforadas). Tienen mayor exactitud que las pipetas comunes, pero éstas tienen la ventaja de poder medir varios volúmenes dentro de un rango, por ser graduados.

• Bureta

Es un tubo graduado que permite la medición de volúmenes vertidos y posee en su parte inferior una llave esmerilada que permite la regulación del vertido del líquido desde un goteo lento hasta un chorro. Se fija medianto pinzas metálicas o soportes de hierro. La llave esmerilada consiste en un robinete troncocónico que gira ajustando sobre la superficie lubricada con vaselina o grasa siliconada.

Uso para medición de otras magnitudes

• Aerómetros

Son tubos de vidrio lastrados con mercurio o perdigones, que flotan en determinados líquidos, pudiendose efectuar lectura con escala que llevan interiormente. Según lo que indique la escala mencionada existen distintas variantes.
Densímetros: Dan directamente la densidad relativa del líquido.

Alcoholímetro: Da el por ciento de alcohol puro en una mezcla alcohol-agua.

otros: Menos comunes que los anteriores, pero que funcionan con según el mismo principio, por ejemplo algunos en vez de estar graduados en densidad lo están en concentracion, y eso es lo que se lee con el instrumento.