QUÍMICA Y SOCIEDAD

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QUÍMICA DEL CARBONO

La química orgánica es la rama de la química que se ha especializado en el estudio de los compuestos complejos que forma el carbono (tanto los que utilizan los seres vivos como los que se sintetizan en el laboratorio).

1) Explica los motivos por los que el carbono es el elemento que forma mayor número de compuestos.

-Presenta la capacidad de múltiples combinaciones que le permiten encontrar al carbono en seis formas alotrópicas diferentes debido a su configuración electrónica (2s²2p²) tiene cuatro electrones de valencia, y para cumplir la regla del octeto tendría que formar enlaces iónicos ganando o perdiendo electrones, pero requiere demasiada energía.

Es un elemento que tiene la capacidad de unirse entre sí y con otros muchos elementos formando largas cadenas y en ocasiones puede formar enlaces múltiples debido a su pequeño radio atómico.

Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas, con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas. (CICLO DEL CARBONO).

2) Analiza las distintas formas alotrópicas del carbono, relacionando la estructura con las propiedades.

·         Diamante: es una estructura constituida por carbono con cuatro enlaces en disposición tetraédrica.

Se aplica en joyería (al exfoliarse permite crear caras que reflejan y refractan la luz, dando lugar a brillos agradables) y en herramientas de corte (dientes de las sierras radiales, fresadoras, muelas y cortafríos. Sus cualidades deseables principales son la dureza resistencia al desgaste, y baja fricción.

·         Grafito: es una estructura constituida por carbono con tres enlaces en disposición triangular plana.

En sus múltiples aplicaciones destacamos: las minas de lápiz (se mezcla con diferentes tipos de arcilla para conseguir diferentes durezas, el grafito se queda adherido a la superficie del papel por fuerzas de Van der Waals, por esta misma razón se puede borrar), superficies conductoras para contactos eléctricos (pulsadores de goma de mandos), forman la parte rígida de algunos altavoces y espráis lubricantes en sólido.

·         Grafeno: es una estructura plana similar a una única capa de grafito pero que le dota de unas propiedades muy diferentes. Es uno de los materiales con más futuro (es doscientas veces más duro que el diamante y más resistente que el acero, posee una conductividad eléctrica y térmica muy alta, es mucho más ligero y  flexible que un metal).

Sus aplicaciones en electrónica son casi infinitas: pantallas y ordenadores ultrafinos, flexibles y veloces, ropa inteligente, baterías de alto rendimiento y mejora la desalinización del agua.

·         Fullerenos o fuleros: son estructuras formadas por una malla de anillos hexagonales de carbono, pudiendo formar estructuras cerradas (buckyesfereas) o abiertas (buckytubos).

Provienen de una capa de grafeno plegada sobre sí misma. Posee propiedades lubricantes debido a que sus fuerzas intermoleculares por Van der Waals son débiles, las moléculas de fullerenos son muy electronegativas y forman enlaces con átomos donadores de electrones y colaboran al tratamiento y descubrimiento de algunas enfermedades.

            -Buckyesferas: la malla de anillos se cierra sobre sí misma pudiendo intercalar anillos pentagonales para mayor flexibilidad.

En fase sólida se ordena en una forma cristalina semejante a un metal gracias a fuerzas de Van der Waals, formando un hollín. Bajo esta forma se desplazan entre ellas, por lo que es buen lubricante. Por su tamaño sirve para capturar y/o transportar moléculas.

·         Buckytubos o nanotubos de carbono: la malla se cierra lateralmente, formando un cilindro de radio manométrico, entre diez y cincuenta mil veces más delgado que un cabello.

Es veinte veces más resistente a la tensión que el acero y con la mitad de densidad que el aluminio, son excelentes conductores eléctricos y térmicos a lo largo del tubo. Serían nuestros cables del futuro.

·         Otras estructuras novedosas:

-Carbino: son cadenas infinitas de carbono con la secuencia alterna de simple y triple enlace.

-Nanoespumas: donde se combinan hexágonos y heptágonos de carbono originando estructuras con curvatura inversa a los fullerenos poco densas

-Aerogel de nanotubos de carbono: es el material más ligero que se conoce, hasta 2015.

3) Describe las aplicaciones de hidrocarburos sencillos de especial interés.

Los hidrocarburos son una fuente importante de generación de energía para nuestros hogares, industrias y el desarrollo de la vida cotidiana. No es sólo un combustible, sino que a través de procesos más avanzados se separan sus elementos y se logra su aprovechamiento a través de la industria petroquímica.

Mediante la aplicación de distintos procesos de transformación (refinación) de los hidrocarburos, se pone a disposición del consumidor una amplia gama de productos que podemos agrupar en:

·         - Energéticos: son combustibles específicos para el transporte, al industria, la agricultura, la -generación de corriente eléctrica y uso doméstico.

·       -  Productos especiales: como lubricantes, asfaltos, grasas para vehículos y productos de uso industrial.

La industria petroquímica hace uso de los elementos que se encuentran presentes en los hidrocarburos produciendo compuestos más elaborados que sirvan de materia prima para las demás industrias.  Como hoy en día son los plásticos, nylon, fibras sintéticas, pinturas, diversos envases, detergentes, cosméticos, insecticidas, adhesivos, colorantes…

https://drive.google.com/file/d/0B4Pk5QtFVWsxcERmVFV6eEN0YjA/view?usp=sharing

ACTIVIDAD 24, PÁGINA 67

Las fuerzas intermoleculares son muy altas porque el flúor (F), tiene 2 niveles de energía, el cloro (Cl) tiene 3, el bromo (Br) tiene 4 y el yodo (I) tiene 5, es decir, de manera que vamos bajando en los periodos de la tabla periódica vamos teniendo más niveles de energía. Cuantos más niveles de energía tenga un elemento, para romper los puentes de hidrógeno los constituyen, aumentarán sus temperaturas de fusión y de ebullición

GRÁFICA, PÁGINA 54

El agua se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente por los puentes de hidrógeno.

LAS FUERZAS INTERMOLECULARES EN LA VIDA

-Lípidos: son un conjunto de moléculas hidrofóbicas (que son repelidas por el agua) y están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno, poseen puentes de hidrógeno entre las moléculas. Los enlaces de lípidos forman cadenas de moléculas (hidrocarburos) y entre ellas están las fuerzas de Van der Waals. Estas sustancias son esenciales para la vida porque son nutrientes fundamentales.

-Agua (H₂O): es una sustancia líquida sin olor, color ni sabor que se encuentra en la naturaleza en estado más o menos puro. Tiene unos elevados puntos de fusión y ebullición porque la fuerza que mantienen los átomos de hidrógeno entre los átomos de oxígeno son muy altas causadas por los puentes de hidrógeno. Es una molécula polar y gracias al agua líquida en la Tierra, existe la vida en este planeta.

-Ácido desoxirribonucleico (ADN): es un ácido nucleico que contiene las instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus. Las interacciones no covalentes entre las cadenas de ADN constituyen esta molécula que posee puentes de hidrógeno, y son los que mantienen el ADN estable y es esencial para la vida porque contiene toda la información que se necesita para el funcionamiento de un organismo y es la causa de la transmisión de los carácteres hereditarios por una molécula que posee llamada DNA.

-Carbohidratos: son sustancias formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno (CH₂O)_n. Forman largas cadenas que se unen entre sí por las fuerzas de Van der Waals. Los carbohidratos contienen varios grupos hidroxilio (OH), que generan cargas parciales en la molécula, lo que facilita la formación de puentes de hidrógeno con el solvente que los contiente si este es polar (como el agua), de ahí que los monosacáridos solubles en solventes polares. En los grupos OH de los carbohidratos se generan cargas parciales con los que las moléculas de agua son capaces de establecer puentes de hidrógeno. (Imagen: estructura de los monosacáridos).

ENLACE QUÍMICO Y PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

https://drive.google.com/file/d/0B4Pk5QtFVWsxcXV2U2NITVhKb28/view?usp=sharing

MODELOS ATÓMICOS

MODELO ATÓMICO DE DALTON:

Dalton explicaba en estos postulados el primer modelo atómico con bases científicas propuesto entre 1803 y 1807:

1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen el mismo peso e iguales propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen peso diferente.
3. Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
4. Los átomos, al combinarse para formar compuestos, guardan relaciones simples de números enteros y pequeños.
5. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos

Consiguió explicar que la materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, y los átomos de elementos diferentes son diferentes, los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos, se pueden combinar con elementos diferentes en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

Dalton no supo explicar fenómenos como la electricidad ni por qué a pesar de que las subsustancias se combinaban entre sí en proporciones fijas. Dalton explicó que los átomos eran indivisibles (se pueden dividir en partículas subatómicas) y decía que los átomos de los elementos se combinaban en la menor por porción posible para formar las actuales moléculas. Por ejemplo, Dalton pensó que la fórmula del agua era HO.

MODELO ATÓMICO DE THOMSON:

El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1907 por Thomson, quien descubrió el electrón en 1897 (mucho antes del descubrimiento del protón y neutrón). En este modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo (modelo de las pasas).

Este modelo consiguió explicar los hechos de los rayos catódicos que Dalton no pudo explicar.

No supo explicar bien la distribución de la carga positiva en el interior de los átomos y tampoco explicó la regularidad de la tabla periódica de Mendeleiv.

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD:

El modelo atómico de Ruherford es un modelo atómico en el que explica los resultados de su experimento de la lámina de oro, realizado en 1911. 

Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

No pudo explicar los espectros atómicos y no explicaba bien las leyes del electromagnetismo de Maxwell.

MODELO ATÓMICO DE BOHR:

El modelo atómico de Bohr fue el primer modelo atómico en el que se introdució una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo  y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo de Rutherford). Se explica con estos postulados:

1- Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía.

2- Las únicas órbitas permitidas para un electrón son aquellas para las cuales el momento angular del electrón sea un múltiplo de 

3- El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles.

MODELO CUÁNTICO (ACTUAL):

El modelo atómico de Schrödinger (1924) En este modelo los electrones se comtemplan como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico

El modelo atómico de Schrödinger concebía originalmente los electrones como ondas de materia. Así la ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria que describía la evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material.

Si bien el modelo de Schrödinger, resulta incompleto en:

1. En su formulación original no tiene en cuenta el espín de los electrones.
2. Ignora los efectos relativistas de los electrones rápidos.
3. El modelo de Schrödinger si bien predice razonablemente bien los niveles energéticos, por sí mismo no explica por qué un electrón en un estado cuántico excitado decae hacia un nivel inferior si existe alguno libre. 

EXPERIMENTO CASERO Nº1

-Tabla de datos, gráfica y ecuación del experimento:
https://drive.google.com/file/d/0B4Pk5QtFVWsxMm1DWkMtY2lkQnM/view?usp=sharing

GRÁFICAS CON EXCEL

https://drive.google.com/file/d/0B4Pk5QtFVWsxVFRxOE1nU1IwNDQ/view?usp=sharing

¿LAS LEYES CIENTÍFICAS DE MURPHY?

No hay rigor científico en el texto porque son suposiciones que no se han comprobado científicamente y son parcialmente ciertas en algunos casos y otros son obviedades del día a día.

No se ha seguido un método científico porque esas bases científicas están en el aire, es decir, no están comprobadas científicamente y algunas son simplemente una observación. 

No creo en la ley de Murphy porque pienso que es más bien una teoría donde deja algunas cosas sin explicar y es parcialmente cierta.