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El puente de hidrógeno

 

El puente de hidrógeno

El puente de hidrógeno es un enlace que se establece entre moléculas capaces de generar cargas parciales.

El agua, es la sustancia en donde los puentes de hidrógeno son más efectivos, en su molécula, los electrones que intervienen en sus enlaces, están más cerca del oxígeno que de los hidrógenos y por esto se generan dos cargas parciales negativas en el extremo donde está el oxígeno y dos cargas parciales positivas en el extremo donde se encuentran los hidrógenos.

La presencia de cargas parciales positivas y negativas hace que las moléculas de agua se comporten como imanes en los que las partes con carga parcial positiva atraen a las partes con cargas parciales negativas.

De tal suerte que una sola molécula de agua puede unirse a otras 4 moléculas de agua a través de 4 puentes de hidrógeno. Esta característica es la que hace al agua un líquido muy especial.

Metodos de Separación de mezclas A

Separación de mezclas.

Bien, en química sabemos que cada componente de una mezcla retiene sus propiedades, podemos pensar en como se podría separar sus componentes.

En la imagen de arriba podemos ver con claridad (hierro y oro) esta separación esta echa por un imán el cual atrae las limaduras de hierro dejando atrás las partículas del oro.

Químicamente se puede aprovechar sus diferencias entre metales ya que hay muchos ácidos que disuelven el hierro pero no en oro de este modo se podría usar el método de filtración.

Como método de evaporación podemos poner el ejemplo del agua con la sal al hervir el agua esta se evapora quedando solo la sal.

En la próxima veremos métodos de separación de faces.

El vídeo tiene la mayoría de los métodos.

Separación de Mezclas: Parte A, Parte I, Parte II, Parte III

Enlace Hacia Postulados:

Separación de Mezclas III

Separaciones de Mezclas.

La electrolisis

La electrolisis reacción de Redox no espontánea, se produce mediante el pasaje de una corriente eléctrica.

Es un proceso inverso al de la pila eléctrica  esto se lleva a cabo en un contenedor llamado cuba electrolítica.

Siempre en textos se pone como un ejemplo realmente simple el de la electrolisis del agua, cuando la corriente pasa descompone a este liquido en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno.

Veamos en que consiste e proceso electrolítico.

Tanto se disuelve como se funde el electro-lito en determinados disolventes, esto se produce con el fin que dicha sustancia pueda ser separada en iones (ionización).

Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución.

El electrodo conectado al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como ánodo.

Cada electrodo mantiene atraidos a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el ánodo.

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias.

Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria.

Es importante tomar en consideración estos dos puntos.

1- Nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a hacer su proceso y la batería se va a sobrecalentar y se quemará

2 – Debe utilizar siempre corriente continua (energía de baterias) NO corriente alterna (energía de enchufe).

Es uno de los principales métodos químicos de separación. La principal ventaja del método electrolítico es que no es necesario aumentar la temperatura para que la reacción tenga lugar, evitándose pérdidas energéticas y reacciones secundarias.

Industrialmente es uno de los procesos más empleados en diferentes áreas, como la obtención de elementos a partir de compuestos (cloro, hidrógeno, oxígeno), la purificación de metales ( el mineral metálico se disuelve en ácido, obteniéndose por electrolisis el metal puro) o la realización de recubrimiento metálicos protectores y/o embellecedores (niquelado, cromado, etc.).

Gravimetrías.

Por gravimetría se entiende la separación de un componente de una disolución liquida mediante su precipitación a través de una reacción química.

La sustancia que se desea obtener reacciona con otra sustancia química, de forma que el resultado de la reacción es un producto sólido que precipita por gravedad en el fondo de la disolución y puede ser separado de ella por métodos físicos.

Ejemplo:

En separación de la plata de una disolución de nitrato de plata, se somete esta sustancia a reacción con ácido clorhídrico, obteniendo un precipitado blanco de cloruro plata insoluble.

Métodos de separación físicas: no destruyen las sustancias originales.

Métodos Físicos de Separación.

Los métodos utilizados para la separación de mezclas y de disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de estas.

A diferencia de éstos, en los métodos químicos si se destruyen las sustancias, son las siguientes.

Cristalización.

Este método se utiliza para separar una mezcla de sólidos que sean solubles en el mismo disolvente pero con curvas de solubilidad diferentes.

Una vez que la mezcla esté disuelta, puede calentarse para evaporar parte de disolvente y así comcentrar la disolución.

Para el compuesto menos soluble la disolución llegará a la saturación debido a la eliminación de partes de disolvente y precipitará.

Todo esto puede irse precediendo sucesivamente e ir disolviendo de nuevo los distintos precipitados (esto recibiría el nombre de cristalización fraccionada) obtenidos para irlos purificando hasta conseguir separar totalmente de dos sólidos.

Cada nueva cristalización tiene un rendimiento menor, pero con este método puede alcanzarse el grado de pureza que se desee.

Normalmente, cuando se quieren separar impurezas de un material, como su concentración es baja la única sustancia que llega a saturación es la deseada y el precipitado es prácticamente puro.

La cristalización es el proceso inverso de la disolución.

Filtración.

En la filtración, se hace pasar la mezcla por filtros de distintos tamaños, en los que quedan retenidas las partículas de mayor tamaño que los poros del filtro.

Es un método sencillo y barato, sólo es útil en algunas situaciones.

Es uno de los métodos más simples de separación física, que no altera las propiedades de las sustancias que intervienen.

Destilación.

La destilación y la destilación fraccionada es el método utilizado cuando se quieren separar dos líquidos  y uno de ellos es más volátil que el otro.

Es también útil cuando ambos líquidos tengan temperaturas de ebullición parecida. Cuando calentamos las mezcla e vapor que aparece está compuesto en mayor porcentaje por el líquido más volátil.

Se recoge el vapor y se enfría, obteniéndose un líquido de concentración distinta al original.

La mezcla inicial ha cambiado también de composición y por tanto también de punto de ebullición.

La destilación fraccionada se utiliza cuando combinamos distintas destilaciones, y con esto puede conseguirse que sólo quede liquido menos volátil y evaporar completamente (y volver a condensar) el más volátil.

Cromatografía.

La cromatografía se utiliza con los fluidos, que pueden ser gases o líquidos, se empuja a circular la mezcla por un sólido o un líquido que permanece estacionario (fase estacionaria).

Los distintos componentes de la mezcla circulan a velocidades diferentes por la fase estacionaria, y por lo tanto unos componentes están más tiempo retenidos de ella que otros, emergiendo después. Sirve como método físico de separación.

La fase estacionaria puede ser tipicamente un sólido poroso como la celulosa, o como el gel.

Las moléculas de menor tamaño pueden cruzar todos los poros e invierten más tiempo en el recorrido mientras que las moléculas mayores de la mezcla no “pierden tiempo” en los poros, emergiendo más rápidamente.

Centrifugación.

Se habla de centrifugación cuando tenemos partículas de distinto tamaño en un medio acuoso, éstas sedimentan hacia el fondo a una velocidad que depende de su peso.

Este efecto podría utilizarse para separar componentes de distinto peso, si no fuera porque las velocidades de sedimentación son pequeñísimas, por lo que el sistema no es útil.

Así, pues lo que se hace es aumentar dichas velocidades de sedimentación haciendo girar muy rápidamente la mezcla. En este caso, la fuerza centrifuga hace el papel de la gravedad (peso) y puede ser mucho mayor que éste haciendo girar muy rápido la mezcla: este es el principio de la centrifugacion y de la ultracentrifugación.

Se coloca la mezcla en un aparato que la haga girar a velocidad angular constante muy elevada.

Una vez está girando, la mezcla experimenta una aceleración centripeda que puede llegar a ser, en ultracentrifugadoras de laboratorio, unas 5.000.000 veces la aceleración de la gravedad.

Esta fuerza empuja a sedimentar, a distinta velocidad, a las partículas de distinta masa de la mezcla, creándose distintos estratos con las partículas de cada clase.

Este método es muy utilizado en biología y medicina.

Separación de Mezclas: Parte A, Parte I, Parte II, Parte III

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El Átomo y videos de todos los Modelos y postulados

EL ÁTOMO

1.- El átomo en la antigüedad
Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron:

Leucipo

Demócrito

En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos (“sin división”).

La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en:

1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles.

2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.

3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Empédocles

En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.

Aristóteles

Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.

1.1.- La teoría atómica de Dalton

En 1808, John Dalton  publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:

1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.

Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:

– Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.

– Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.

– Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.

2.- El átomo es divisible

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.

En esta página puedes ver ejemplos sobre fenómenos de electrización.

Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C).

Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.

La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.

A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia:

– El átomo contiene partículas materiales subatómicas.

– Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.

– Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.

– Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones).

3.- Modelos atómicos

En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.

3.1.- Modelo atómico de Thomson

Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

– La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.

– La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.

3.2.- Modelo atómico de Rutherford

El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el “Experimento de Rutherford”.

En esta página puedes ver cómo este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo.

En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:

– La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.

– Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.

– Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

Puedes ver el experimento en este vídeo.

Aquí tienes otra versión interactiva del mismo experimento.

El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:

– El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.

– La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.

– El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.

– Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia.

3.3.- Los neutrones

La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos.

Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones.

Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.

3.4.- Estructura del átomo

Según esto, el átomo quedó constituido así:

– Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.

– Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.

Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

Estructura del agua y sus derivados

Algunos conceptos básicos.

El agua es el elemento fundamental en la vida del hombre, ya que nuestro cuerpo esta compuesto por un 70% de H2O, si un ser humano dejara de beber agua por mas de 7 días correría peligro su vida, en la edad adulta del ser humano las células en su interior tienen el 60% de este elemento (agua intracelular) extracelular circula por la sangre para bañar los tejidos.

Los nutrientes que tienen combustión en el interior de las células producen reacciones para lograr y obtener energía producidas en pequeñas cantidades de agua. Cuando las grasas se oxidan se produce una mayor formación de agua se podría calcular que 1 gr de agua es el equivalente a cada gr de grasa.

Con la respiración celular el agua producida se llama metabólica, es fundamental para la adaptación en zonas desérticas como por ejemplo el camello puede aguantar meses sin beber ya que utiliza el agua que produce al quemar la grasa acumulada en sus jorobas.

En el caso de los seres humanos la producción de agua metabólica en una dieta normal seria 0,3 litros al día, para evitar una deshidratación es importante  ingerir agua a diaria.

Estructura y propiedades del agua.

Como sabemos la molécula de agua esta formada por dos átomos de H y uno de O , los cuales están unidos por dos enlaces covalentes, su forma angular es de 104.5º.

El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno esto hace que atraiga con más fuerza a los electrones de sus enlaces.

Como resultado, la molécula de agua  tiene una carga total neutra (igual números de protones = igual número de electrones), esto presenta una simetría en la distribución de sus electrones, y la convierte un una molécula polar.

Estos ángulos crean efectos de polarización eléctrica en las moléculas de agua. El lado con hidrógeno es más positivo que el lado con oxígeno.

Por esta razón, las moléculas de agua no se desarticulan, pero en cambio forman estructuras que cambian de hexagonal a pentagonal y al revés en forma constante en periodos muy cortos de tiempo (10-11 )

El Agua.

El agua es un elemento vivo y no posee ningún ser viviente en ella.

Agua en organismos vivientes.

El agua en un organismo viviente es mucho más compleja que el agua pura o corriente como los científicos la llaman.

Si pensamos que una molécula de proteína esta rodeada de 70.000 moléculas de agua, estas forman tres capas diferentes o por lo menos con estructuras diferenciadas.

Como podemos ver en la imagen, las interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas forman puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de la molécula crea una atracción electrostática sobre las cargas parciales que son positivas de los átomos de hidrógeno de moléculas adyacentes.

A pesar de ser uniones débiles, por cada molécula de agua se distribuyen cuatro moléculas unidas por puentes de hidrógeno dan una estructura reticular (liquida o sólida) son parte de sus propiedades fisioquímicas.

Acciones Disolventes

El agua, es utilizada como solvente  por sus propiedades se puede afirmar que es el solvente universal.

Tiene en sus propiedades las más importantes para la vida y esto es debido a su capacidad de formar puentes de hidrógeno.

En los casos de disolución iónica son atraídos los iones de las sales por los dipolos del H2O, estos quedan atrapados y recubiertos por moléculas de agua(solventes) con forma de iones hidratados.

Fuerza de cohesión

Los puentes de hidrógeno son los que sostienen a las moléculas unidas fuertemente, los puentes de hidrógeno forman una estructura liquida compacta.

En algunos animales pueden formar un esqueleto hidrostático porque se comprimen.

Calor específico.

Esto lo podemos relacionar ya que los puentes de hidrógeno, entre moléculas pueden absorber grandes cantidades de calor, los cuales son utilizados para la ruptura de los puentes de hidrógeno debido a que la temperatura es elevada muy lentamente, es así como el citoplasma acuoso sirve de protección ante los cambios de temperatura constante.

Vaporización

Para lograr que el agua se evapore, se debe romper con los puentes de hidrógeno para luego dotar a las moléculas de H2O energía cinética suficiente y es cuando pasamos de la fase liquida a la gaseosa.

Para la evaporación de 1gr de H2O se necesitan 540 calorías, pero a una temperatura superior a los 20Cº a presión de 1 atmósfera.

Que función cumple el agua en nuestro cuerpo.

Formando un medio acuoso donde, todos los procesos metabólicos que nuestro organismo desarrolla.

Se debe al echo de que enzimas, que son agentes proteicos los cuales intervienen para la transformación de sustancias que son utilizadas en el mantenimiento de nuestro organismo unicelular en la obtención de energía y materia propia, es necesario un medio acuoso para que la estructura tridimensional tome una forma activa dora.

Por la elevada evaporación de agua, mantenemos una temperatura regulada, sudando y perdiendo por las mucosas, al ser elevada la temperatura en el ambiente exterior, gracias a esto podemos mantener una temperatura corporal constante y regulada gracias al la evaporación de del agua a través de la piel.

El agua: Parte I , Parte II

Efecto Invernadero

Que esta pasando en el mundo:

Los cambios de temperatura y el calentamiento global.

Hoy día es innegable el consenso entre los científicos que estudian este problema desde 1990, se conoce el efecto que causan los gases que se concentran de modo masivo tales como metano, dióxido de carbono, óxidos nitrosos.

Como sabemos estos gases atrapados en creciente radiación infrarroja en la tierra, ya han ocasionado un aumento en las temperaturas, entre 1.5 ºc y 3.5 ºc ,

Si tenemos en cuenta las cumbres que ya se efectuaron desde que se conoció en1975 con el primer informe científico los que alertaban del CFC ( clorofluorocarbonos ) sobre el efecto invernadero y confirmándose al año siguiente con la gran concentración de CO2 creciente en la atmósfera, las advertencias que predijeron sobre las consecuencias de mantenerse la metodología industrial de producción y el consumo abusivo del crudo para el uso energético,

Ya para todos, no es ninguna novedad los problemas que año a año se agravan, los cambios climáticos que hoy nos rompen los ojos ( y el ecosistema ) a todos.

Los aumentos en precipitaciones, seguidos de sequías incomprensibles que terminan con incendios incontrolables, los cuales arrasan grandes hectáreas de la más variada vegetación.. Destruyendo lo más preciado de nuestro ecosistema, sin tener en cuenta la aceleración que se esta produciendo contra en el planeta, la destrucción de recursos naturales.

Las escasas decisiones que se han tomado por parte de los gobiernos de turno los cuales priorizan su economía y expansión económica, con la supuesta globalización industrial, donde la riqueza llega a unos pocos y una notable pobreza, nos deja en la crisis más desigual de toda la historia en la humanidad.

Los recursos naturales prioritarios para la subsistencia del hombre esta en peligro constante.

Si de echo, estamos sobre una bomba de tiempo en la cual cohabitamos, donde están los cerebros de este siglo! para detener el deterioro global del planeta y su futuro, si lo tiene.

Representación de la molécula

La forma molecular.

Veamos la fórmula de una molécula de agua, peróxido de hidrógeno y Metano, observemos como están unidas, representadas

Metano
Peróxido de hidrógenoo
Agua

Las fórmulas que vemos se llaman estructuras, una fórmula estructural de una sustancia nos indica que átomos están unidos y los que están dentro de tal molécula.

Cada átomo tiene su símbolo químico que los representa y las lineas que podes ver son los enlaces que están representados justamente y disculparme lo redundante por esas lineas y son los que mantienen unidos a los átomos.

Sobre lo que se ve y lo que podemos imaginar geometricamente de una molécula esto es una estimación tridimensional de las mismas.

Los científicos usan diferentes modelos para visualizar, estos pueden ser, modelo de bolas y palos, otro es esfera del mismo tamaño, se pude ver diferente color para los átomos, la que podemos ver como más realista es el modelo de llenado de espacios, da una idea de como seria la molécula al aumentar su tamaño en escala, es un tamaño relativo de los átomos.

Lo que es muy difícil es la geometría, los ángulos entre los átomos son justamente los que determinan su geometría molecular normalmente son rotulados con el símbolo del elemento.

Método de llenado de espacios.