Bienvenido a PRACTICA CIENCIA. Este es un blog dedicado a la divulgación científica. Su principal característica es un enfoque basado en la experimentación como punto de partida y en presentar cada nueva entrada justo cuando las anteriores han fijado de manera sólida los conocimientos previos necesarios. Este blog hace uso sistemático de vídeos de youtube, ya que el autor considera que no hay nada como ver para creer y hoy en día hay excelente material didáctico en la red el cual puede ser legalmente utilizado ya que apuntamos directamente a la fuente y al autor del mismo. Así, este blog está cogiendo el formato de lo que podríamos denominar una "youtupedia": entradas apoyadas por vídeos donde hay multitud de enlaces que nos derivan a otras entradas y en el que además se intenta que haya siempre un hilo conductor. Todo ello amenizado por los propios comentarios del autor que son fruto de su experiencia en el campo, tras años de estudio y autoindagación.
El ácido acético es uno de los compuestos más sencillos y comunes de la Química Orgánica. Se distingue como ácido debido a su grupo funcional o radical COOH. En ese grupo, el carbono tiene un enlace doble con un oxígeno y otro simple con otro que su vez enlaza con un hidrógeno, lo cual queda plasmado al dibujar su estructura de Lewis.
Podemos imaginar el ácido acético como si se constituyera a partir de un metano (CH4, la molécula orgánica más simple posible, perfectamente simétrica), en la que uno de los hidrógenos es reemplazado por el grupo COOH.
La fórmula empírica del ácido acético es CH2O, que no es más que la fórmula más simplificada posible de su fórmula molecular, C2H4O2.
La tabla periódica de los elementos es la piedra angular sobre la que gira toda la Química. Es el resultado de décadas de paciente investigación durante las que un ejército de miles de (muchos de ellos hoy en día anónimos) investigadores experimentaron para determinar la propiedades de los diferentes elementos químicos que se iban consiguiendo aislar.
A partir de propiedades elementales como el punto de fusión y ebullición, la conductividad del calor y la electricidad, la capacidad de reaccionar con el hidrógeno o las energías de ionización, se fue encontrando la forma de ordenar los elementos en grupos equivalentes y semejantes según su disposición en filas y columnas dentro de una tabla.
Fue el químico ruso Mendeleiev quien aportó la tabla periódica de los elementos tal y como la conocemos a día de hoy. En ella, cada elemento es distinguido por un acrónimo, un número atómico y una masa atómica. Opcionalmente, algunas tablas pueden aportar también otros datos como el número másico, la densidad o la estructura electrónica.
La tabla periódica puede dividirse en unas pocas grandes zonas:
Elementos metales.
Elementos no metales.
Elementos semimetales.
Todos los metales son sólidos y conductores en condiciones normales de presión y temperatura, excepto el mercurio que es líquido. La gran mayoría de los no metales se presentan en estado gaseoso en condiciones normales excepto el bromo, que está en estado líquido. El silicio es un semimetal cuyo estado en condiciones normales es el de un sólido blando, lo mismo que ocurre con el azufre, un no metal.
En una clasificación más detalladas se distinguen:
Las reacciones básicas de desintegración nuclear suelen producirse en elementos de la tabla periódica de elevado número atómica. Muchos de estos elementos pertenecen a los grupos de los lantánidos, actínidos o tierras raras. Para sacar el balance de la reacción hay que identificar el tipo de emisión radioactiva que se ha producido y asegurarse que se conserva la carga eléctrica y el número atómico, buscando a través de ello determinar cuál es el nuevo elemento químico que se ha generado por transmutación.
En esta versión de la tabla periódica podemos apreciar el nivel de radioactividad según un código de colores indicado en la misma.
Dependiendo del tipo de emisión producida varía enormemente la longitud de penetración de la misma.
El descubrimiento de la radioactividad pudo de manifiesto que a nivel subatómico ciertos procesos desconocidos acontecían en determinados materiales. Al tiempo se vio que estos procesos tenían lugar en el interior del núcleo atómico y que, según su naturaleza, podían dar pie a tres tipos diferentes de radiación:
Radiación alfa: debida a la emisión de núcleos de helio, con una doble carga positiva (tienen dos protones y dos neutrones en su interior), más masivos, altamente ionizantes del medio que atraviesan y que se desvían hacia la derecha al atravesar un campo magnético.
Radiación beta: debida a la emisión de partículas cargadas negativamente, menos ionizantes que la radiación alfa y que se desvían hacia la izquierda ante la presencia de un campo magnético, las cuales se acabaron asociando con simples electrones.
Radiación gamma: radiación electromagnética de muy corta longitud de onda (alta frecuencia), neutra y, por lo tanto, que no se desvía ante la presencia de un campo magnético. La menos ionizante de todas.
Las dos primeras formas de radiación fueron descubiertas por Rutherford; la tercera por Paul Villard.
La radioactividad fue descubierta por Becquerel, si bien en gran parte como fruto de un suceso accidental. Becquerel se limitó a tirar del hilo del hallazgo realizado por Röngten, quien observó la manifestación de un efecto fluorescente sobre determinados materiales debido a un cierto nuevo tipo de radiación que provenía de un tubo de rayos catódicos.
El propósito de Becquerel fue el de estudiar directamente las propiedades de materiales que muestran cierto grado de fluorescencia natural. En esa época la fotografía había empezado a dar sus primeros pasos y Becquerel era un apasionado aficionado a la misma, hecho que aprovechó para realizar ciertas experiencias científicas en las que involucraría uno de estos materiales fluorescentes. Lo que hizo fue envolver una placa fotográfica con papel negro, colocó una moneda encima y la cubrió con un material que contenía uranio. Pero Becquerel pensaba que la luz solar era necesaria para que la moneda quedara impresa en la placa fotográfica. Así que realizaba sus experiencias durante el día. Y efectivamente la moneda quedaba impresa. El hecho inesperado sucedió un día que estaba nublado. Sin expectativas de poder realizar la experiencia ese día, guardó todo el "pack" en un cajón de escritorio. Al día siguiente, ante su sorpresa, comprobó como la moneda también se había impreso y, de hecho, con muchísima mayor intensidad. Este hecho puso de manifiesto que la existencia de una radiación, hasta entonces desconocida, procedente exclusivamente del mineral de uranio.
Tras el descubrimiento de la radioactividad por parte de Becquerel, fueron Pierre y Marie Curie quienes más se adentraron en esta nueva rama de la física, trabajando minuciosamente como un verdadero equipo para identificar y analizar nuevos materiales radioactivos, sus propiedades, como el el nivel de actividad por unidad de sustancia. Gracias a ello, Marie Curie fue la primera mujer de la historia en ganar, junto a su marido, el premio nobel de Física. Al año siguiente además, ganaría en solitario el premio nobel de Química. Aunque a la postre pagaría un altísimo precio por ello. No conscientes todavía del poder dañino de la radioactividad en dosis no controladas sobre el organismo, los estudios experimentales que realizó a durante largos años, en los que utilizó sobretodo toneladas de pechblenda, provocaron su muerte prematura por cáncer.
Y sin embargo, ya desde lo años 30/40, el uso limitado de los efectos radioactivos de ciertas sustancias fue introducido en la medicina con fines terapéuticos. Su efecto en la detección e incluso combativo de tumores cancerígenos frente al influjo negativo pasaba a ser una cuestión de dosis, tiempos de exposición y localización. Todo ello ha ido evolucionando hasta hoy en día dando lugar a las diferentes técnicas modernas de la medicina nuclear.
La pechblenda es un mineral que contiene altas cantidades de uraninita. Su alta concentración de uranio lo convierte en un material altamente radioactivo.
Wilhelm Conrad Röntgen descubrió los rayos X en 1895 mientras estudiaba la fluorescencia producida por la radiación de un tubo de rayos catódicos.
Röntgen observó que las fluorescencias se producían también sobre una placa de platino-cianuro de bario, incluso cuando el tubo de rayos catódicos era envuelto por un trozo de cartón negro, totalmente opaco a la luz.
Por los conocimientos de la época no fue posible encontrar una explicación satisfactoria a ese fenómeno. Solamente se constató la existencia de un nuevo tipo de radiación que era capaz de atravesar la materia (con diferentes rangos de penetración según el material considerado). Luego se vio que algunas sustancias tenían la capacidad natural de emitir ese tipo de radiación: radioactividad.
A día de hoy se sabe que los rayos X no son sino un tipo de radiación electromagnética, pero de una frecuencia tal, que produce fenómenos específicos que se diferencian de los de la luz u otros tipos de ondas que oscilan en otros rangos.
La radioactividad fue descubierta accidentalmente por Henri Becquerel al envolver una placa fotográfica con una envoltura de papel negro, sobre la cual se puso una piedra que contenía uranio. Al paso de las horas, la placa había sido impresa quedando patente que el uranio poseía cierto tipo de misteriosa actividad: la radioactividad.
La malaquita es una piedra preciosa apreciada ya desde muy antiguo y a la que se le atribuyen importantes propiedades esotéricas. Está constituida esencialmente por carbonato de cobre.
En este vídeo podemos ver como sintetizar en un laboratorio carbonato de cobre a partir de sulfato de cobre (CuSO4) y carbonato de sodio (CaNO3), ambos disueltos en agua. El producto final precipitado se obtiene al filtrar el agua y triturarlo para obtener un polvo verde que se puede utilizar como tinte y está detrás del color característico de los típicos tejados de época de la mayoría de ciudades centroeuropeas.
El azufre es el elemento número 16 de la tabla periódica. Su estructura electrónica es tal que, en su tercera capa, le faltan dos electrones para adquirir una estructura completa. Es por ese motivo, que tal y como se encuentra de forma natural, forma una red cristalina en la que cada átomo comparte dos electrones, replicando una forma de anillo S8. Esta forma se rompe en sus piezas básicas al fundirse, las cuales se recombinan para formar largas cadenas de miles de átomos que dotan de gran viscosidad al líquido obtenido.
Las moléculas mantienen su estructura circular S8, incluso en estado gaseoso hasta que se alcanzan los 780 º, temperatura a partir de la cual se rompen en moléculas diatómicas. A partir de los 1800 º su disociación es total y se constituye como un gas atómico.
La principal fuente de azufre son la erupciones volcánicas, motivo por el cual es habitual encontrarlo en rocas amarillentas alrededor de los cráteres.
El azufre es un elemento químico que forma parte del nuestro organismo, si bien lo necesitamos en su justa medida, dentro de unos límites. A nivel industrial, su principal aplicación viene dada como átomo esencial del ácido sulfúrico. El azufre puede combinar para formar moléculas con varias valencias posibles (-2, +2, +4 y +6) lo que lo convierte en un elemento muy polivalente.
El ácido sulfúrico es uno de los compuestos químicos más utilizados en la industria. En el aprendizaje de química, uno se familiariza fácilmente con el mismo, ya que se involucra en un montón de reacciones químicas diferentes.
La fuente de la que procede el ácido sulfúrico en la Naturaleza es la piedra pirita. Este es un mineral que se conoce y admira desde la antigüedad por su brillo deslumbrante, hecho que ha llevado en ocasiones a que algunos lo hayan confundido con oro. La piedra pirita está constituida principalmente por sulfuro de hierro, FeS2, un sólido que se organiza internamente con una estructura cristalina, que suele la celda unitaria propia de los sólidos platónicos: cúbica, octaédrica, dodecaédrica o icosaédrica. Los antiguos también conocían de esta piedra la propiedad de emitir chispas al ser frotada con otras.
Pero no fue hasta principios del siglo XVIII que se empezó a desarrollar el tratamiento para la obtención de ácido clorhídrico a partir de ella. Actualmente, el primer paso de este tratamiento consiste en la combustión, por la cual se hace reaccionar el sulfuro de hierro triturado con oxígeno del ambiente para dar lugar a óxido férrico (Fe2O3) y anhídrido sulfuroso (SO2). La reacción es exotérmica y el calor emitido se utiliza para hacer girar el motor que transporta los reactivos iniciales, de forma que la materia prima opera a la vez como fuente energética para la industria que se construye para la obtención del producto final.
El polvo obtenido de sulfuro de hierro se descarta. El anhídrido sulfuroso, es estado gaseoso y a muy alta temperatura, se trata con agua para la eliminación de impureza, se enfría y finalmente se deshidrata.
En un último paso, se facilita la oxidación del anhídrido sulfuroso para obtener SO3. Esta reacción es muy lenta, aunque suele acelerarse por el uso de un catalizador, normalmente óxido de vanadio. Este último se disuelve en agua, con la que reacciona para dar lugar al ácido, H2SO4, que puede alcanzar una riqueza del 98 al 99%.
