(los químicos).

2011. Un año de conmemoraciones químicas: De la
alquimia a la teoría atómica.
atómica
(….. Y más allá)
Bernardo Herradón
C
CosmoCaixa,
C i
Al
Alcobendas,
b d
13 d
de octubre
t b d
de 2011
Centenario del Premio Nobel de
Química a Marie Curie
200º Aniversario de la
hipótesis de Avogadro
350º Aniversario de la
publicación de
‘El Químico Escéptico’
(R b rt B
(Robert
Boyle)
l )
Boyle y su escuela
El futuro
Avogadro y su tiempo
Curie y la ciencia moderna
1661-1911: 250 años que cambiaron el mundo
(gracias a la ciencia)
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Celebrando el p
papel
p de la
mujer en la Ciencia
La química
La Química estudia las transformaciones de la materia. Es
decir, como una sustancia se convierte en otra.
La materia que conocemos está formada por partículas más
pequeñas:
ñ
las
l moléculas,
lé l
que están
á formadas
f
d por átomos.
á
Las moléculas son los componentes básicos de la materia. Por
lo tanto, todo es Química.
Toda la materia está formada p
por aproximadamente
p
100
elementos químicos.
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DIMÍTRI IVÁNOVICH MENDELÉIEV (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Químico ruso, creador de la Tabla Periódica de los elementos.
Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos base del sistema periódico que lleva su nombre.
En 1869 publicó la mayor de sus obras, “Principios de Química”, donde formulaba su famosa Tabla Periódica, traducida a todas las lenguas y que fue
lib de
libro
d texto durante
d
muchos
h años.
Se considera a Mendeléiev un genio, no sólo por el ingenio que mostró para aplicar todo lo conocido y predecir lo no conocido sobre los elementos
químicos, plasmándolo en su tabla periódica, sino por los numerosos trabajos realizados a lo largo de toda su vida en diversos campos científicos y
tecnológicos (agricultura, ganadería, industria petroquímica, etc).
Se nombró Mendelevio (Md) al elemento químico sintético de número atómico 101 en homenaje al ilustre químico ruso. El día 2 de febrero de 2007
se cumplió el centenario de su muerte.
muerte
1
1
6 941
6,941
+1
Li
11
3
9 0122
9,0122
22,990
+1
Rb
55
+1
137,33
56
Ba
[Xe] 6
CESIO
(223,02)
+1
[Rn] 7 s1
FRANCIO
+3
Lu
[Xe] 4f145d16s2
LUTECIO
119
88 (226,03)
Ra
Zr
Lr
+3
5f147s17p1?
[Rn]
LAURENCIO
Nb
+4
+3
+5
[Kr] 4d45s1
NIOBIO
95,94
+2
+3
+4
+5
[Kr] 4d55s1 +6
MOLIBDENO
Mo
+5
+2
+3
+4
+6
[Ar] 3d54s2 +7
MANGANESO
Mn
Ru
186,21 76
Re
¿?
5f146d27s2?
[Rn]
RUTHERFORDIO
¿?
Db
Sg
5f146d37s2
[Rn]
DUBNIO
Bh
5f146d47s2
[Rn]
SEABORGIO
¿?
5f146d57s2
[Rn]
BOHRIO
Co
+3
+4
+8
+2
+3
[Kr] 4d85s1
RODIO
+4
+6
+8
[Xe] 4f145d66s2
OSMIO
¿?
5f146d67s2
[Rn]
HASSIO
6
+2
+33
+1
+2
+3
+4
+2
+4
[Kr] 4d10
PALADIO
192,22 78
Mt
195,08 79
Pt
¿?
¿?
5f146d97s1
[Rn]
DARMSTADTIO
[Rn]
MEITNERIO
+1
+2
26,982 14
112,41
196,97 80
Au
+1
+3
Rg
¿?
+3
+5
-3
+2
+4
Sb
+3
+5
-3
207,2
83
35
208,98 84
79,904 36
53
127,60
(208,98) 85
83,798
Kr
138,91 58
57
La
+3
[Xe] 5d16s2
LANTANO
89
(227,03) 90
Ac
+1
+3
[Rn] 6d17s2
ACTINIO
GASEOSOS
SÓLIDOS
LÍQUIDOS
(30ºC)
SINTÉTICOS
140,12 59
Ce
+3
+4
[Xe] 4f15d16s2
CERIO
232,04 91
Th
+4
[Rn] 6d27s2
TORIO
140,91 60
Pr
+3
[Xe] 4f36s2
PRASEODIMIO
+3
+4
+5
+3
[Xe] 4f46s2
NEODIMIO
231,04 92
Pa
[Rn] 5f26d17s2
PROTOACTINIO
(144,91) 62
144,24 61
Nd
+3
Pm
238,05 93
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f36d17s2
URANIO
U
(237,05) 94
NO-METAL
+2
+3
[Xe] 4f66s2
SAMARIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f46d17s2
NEPTUNIO
Np
150,36 63
Sm
[Xe] 4f56s2
PROMETIO
Tl
113
(285)
¿?
126,90 54
131,29
0
+2
+4
+6
[Kr] 4d105s25p6 +8
XENÓN
(209,99)
86
Xe
Pb
(284) 114
Bi
(222,02)
(289) 115
(288) 116
¿?
¿?
[Rn]5f146d107s27p1
[Rn]5f146d107s27p2
[Rn]5f146d107s27p3
UNUNCUADIO
UNUNPENTIO
Rn
At
Po
(289) 117
118
¿?
¿?
Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
[Rn]5f146d107s2
UNUNBIO
(244,06) 95
GASES
NOBLES
+2
+3
UNUNTRIO
157,25 65
+3
Gd
[Xe] 4f76s2
EUROPIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f67s2
PLUTONIO
Pu
151,96 64
Eu
(243,06) 96
(247,07) 97
+3
METALES
ALCALINOTÉRREOS
Dy
y
+3
+4
SEMICONDUCTOR
* Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable
** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición
[Xe] 4f106s2
DISPROSIO
(247,07) 98
Bk
[Rn] 5f97s2
BERQUELIO
[Rn] 5f76d17s2
CURIO
162,50 67
+3
+3
[Xe] 4f96s2
TERBIO
Am Cm
METALES
ALCALINOS
158,93 66
Tb
[Xe] 4f75d16s2
GADOLINIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f77s2
AMERICIO
0
2
4
I
[Rn]5f146d107s27p4 [Rn]5f146d107s27p5 [Rn]5f146d107s27p6
UNUNHEXIO
UNUNSEPTIO
UNUNOCTIO
120
[Uuo] 8s2
UNBINILIO
0
[Ar] 3d104s24p6
CRIPTÓN
+1
+3
+5
+7
[Kr] 4d105s25p- 51
YODO
+4
+6
-2
39,948
Ar
Br
[Kr] 4d105s25p4
TELURIO
0
[Ne] 3s23p6
ARGÓN
+1
+3
+5
+7
[Ar] 3d104s24p5- 1
BROMO
+4
+6
-2
Te
[Kr] 4d105s25p3
ANTIMONIO
35,453 18
Cl
78,96
Se
20,180
Ne
[He] 2s22p6
NEÓN
+1
+3
+5
+7
[Ne] 3s23p5 - 1
CLORO
+2
+4
+6
-2
[Ar] 3d104s24p4
SELENIO
121,76 52
118,71 51
Sn
[Kr] 4d105s25p2
ESTAÑO
204,38 82
81
Uub
ROENTGENIO
+3
34
74,922
As
[Ar] 3d104s24p3
ARSÉNICO
-1
F
[He] 2s22p5
FLÚOR
+1
+2
+3
+2
+1
0
+3
+4
+5
+4
+3
2
+5
+7
- 15 [Xe]4f145d106s26p6
[Xe]4f145d106s26p1 [Xe]4f145d106s26p2 [Xe]4f145d106s26p3 [Xe]4f145d106s26p4 [Xe]4f145d106s26p
RADÓN
POLONIO
TALIO
PLOMO
BISMUTO
ASTATO
+1
+2
[Xe] 4f145d106s2
MERCURIO
[Rn]5f146d107s1
114,82 50
In
33
+2
+4
[Ar] 3d104s24p2
GERMANIO
[Kr] 4d105s25p1
INDIO
200,59
Hg
Ge
S
[Ne] 3s23p4
AZUFRE
0
1s2
HELIO
18 998 10
18,998
-1
-2
32,065 17
+3
+5
-3
P
[Ne] 3s23p3
FÓSFORO
72,64
+3
49
+2
Cd
[Xe] 4f145d106s1
ORO
69,723 32
Ga
15 999 9
15,999
O
He
17
[He] 2s22p4
OXÍGENO
30,974 16
15
[Ne] 3s23p2
SILICIO
[Ar] 3d104s24p1
GALIO
14 007 8
14,007
N
+2
+4
-4
Si
16
+2
+3
+4
+5
[He] 2s22p3 - 2
NITRÓGENO- 3
+2
+4
-4
28,086
+3
31
+2
[Kr] 4d105s2
CADMIO
(281) 111 (272,15) 112
Ds
5f146d77s2
Ag
[Kr] 4d105s1
PLATA
+1
+2
+2
+4
+3
+4
[Xe] 4f145d76s2 +6 [Xe] 4f145d96s1
IRIDIO
PLATINO
65,409
Zn
12 011 7
12,011
C
[He] 2s22p2
CARBONO
[Ne] 3s23p1
ALUMINIO
[Ar] 3d104s2
CINC
107,87 48
106,42 47
Pd
Ir
+1
+2
Cu
[Ar] 3d104s1
COBRE
15
+3
Al
12
63,546 30
58,693 29
Ni
(277) 109 (268,14) 110
Hs
11
[Ar] 3d84s2
NÍQUEL
102,91 46
Rh
190,23 77
Os
10
[Ar] 3d74s2
COBALTO
[Kr] 4d75s1
RUTENIO
+2
+4
+3
+6
+4
+7
+5
14 5 2
[[Xe]] 4f145d46s2 +6 [Xe] 4f 5d 6s
WOLFRAMIO
RENIO
W
+2
+3
+66
101,07 45
+4
+6
+7
Tc
[Kr] 4d65s2
TECNECIO
18,811
B
58,933 28
55,845 27
Fe
14
[He] 2s22p1
BORO
9
[Ar] 3d64s2
HIERRO
98,907 44
43
183,84 75
180,95 74
Ta
[Xe] 4f145d36s2
TÁNTALO
Á
+2
+33
+6
8
54,938 26
51,996 25
Cr
5
13
7
[Ar] 3d54s1
CROMO
*
Estructura electrónica
(262,11) 105 (262,11) 106 (266,12) 107 (264,12) 108
Rf
Uue Ubn
[Uuo] 8s1
UNUNENIO
+2
+3
+4
+5
92,906 42
+4
[Xe] 4f145d26s2
HAFNIO
103 (262,11) 104
+2
[Rn] 7 s2
RADIO
50,942 24
[Ar] 3d34s2
VANADIO
178,49 73
Hf
6
V
[Kr] 4d25s2
CIRCONIO
174,97 72
71
+2
BARIO
+2
+3
+44
91,224 41
+3
Y
[Kr] 4d15s2
ITRIO
[Xe] 6 s2
s1
Ti
[Ar] 3d24s2
TITANIO
88,906 40
39
+2
[Kr] 5 s2
ESTRONCIO
132,91
Fr
Sr
+3
[Ar] 3d14s2
ESCANDIO
87,62
38
+1
Cs
87
Sc
5
47,867 23
44,956 22
21
+2
CALCIO
[Kr] 5s1
RUBIDIO
6
40,078
Ca
[Ar] 4 s2
85,468
37
5
20
+1
[Ar] 4 s1
POTASIO
4
13
Estados de oxidación
**
+2
3
+2
+4
-4
[He] 2s22p2
CARBONO
Nombre
24,305
Mg
MAGNESIO
39,098
K
12
Masa atómica
12,011
C
Símbolo
[Ne] 3s2
[Ne] 3s1
SODIO
6
Nº atómico
+2
Be
[He] 2s2
BERILIO
Na
19
8
4
[He] 2s1
LITIO
4,0026
2
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
2
1s1
HIDRÓGENO
3
7
+1
-1
H
2
4
18
1,0079
1
164,93 68
+3
Ho
[Xe] 4f116s2
HOLMIO
(251,08) 99
167,26 69
Er
+3
[Xe] 4f126s2
ERBIO
168,93 70
Tm
+3
[Xe] 4f136s2
TULIO
+3
+3
[Rn] 5f127s2
FERMIO
[Rn] 5f137s2
MENDELEVIO
METALES DE
LANTÁNIDOS
TRANSICIÓN
ACTÍNIDOS
+3
+3
[Xe] 4f146s2
ITERBIO
(252,08) 100 (257,10) 101 (258,10) 102 (259,10)
[Rn] 5f117s2
EINSTENIO
Cf
[Rn] 5f107s2
CALIFORNIO
173,04
Yb
+3
Es
Fm Md
+3
No
[Rn] 5f147s2
NOBELIO
La química, una actividad de 500.000 años
Pre-alquimia
q
Química
moderna
Alquimia
q
Química en
desarrollo
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Luz y energía
Elementos químicos conocidos en la prehistoria
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La alquimia: una actividad de 5000 años.
Alquimia
q
(origen
g
árabe). Kéme (tierra, Egipto).
gp
Khemia (transmutación).
Alquimia: el arte de la transformación
Actividad práctica: metales, cerámicas, tintes, pigmentos, ornamentación,
ritos funerarios, ….
Misticismo, astrología, religión,…..
Componente filosófico, especulativo (especialmente la griega)
Tales de Mileto (agua)
Anaximandro (apeirón)
An ximenes ((aire)
Anaximenes
ire)
Heráclito de Éfeso (fuego)
Atomismo
(Leucipo, Demócrito)
Empedocles
(ca. 495-435 AC)
Demócrito de Abdera
(460-379 AC)
El quinto elemento: éter,
éter quintaesencia
(hasta 1905)
Aristóteles
(384-322 AC)
Dos elementos (azufre y mercurio).
Búsqueda de la piedra filosofal
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htt
//
l
d l
i i
/
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La alquimia en la Edad Media
Paracelso (1493-1541): aplicaciones de la alquimia a la
q
medicina (iatroquímica).
Nació en Suiza.
Suiza
Recorrió muchos países.
1511: Licenciado por la universidad de Viena.
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Paracelso (1493-1541)
Muchos han dicho que la alquimia es para
p
Para mi no es tal
fabricar oro y plata.
propósito sino considerar sólo la virtud y el
poder que puede haber en las medicinas.
Todas las cosas son venenosas y nada es inócuo.
Únicamente la dosis determina lo que no es un veneno.
La concentración es un concepto fundamental en química.
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Elementos químicos descubiertos en la Edad Media
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//
l
d l
i i
/
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Las ciencias (la física y las matemáticas) en el siglo XVII
La época dorada.
dorada Nacimiento de la Física
Galileo (1564-1642)
Método científico
Patriarca de la Física
Las matemáticas son el alfabeto con el
cual Dios ha escrito el Universo.
Newton (1643-1727)
Padre de la Física
Otras
aportaciones:
La química en el siglo XVII: dominada por la alquimia
Alquimista.
qu m sta.
Primer intento de reducir
la química a la física.
Sin éxito
B l (1
Boyle
(1627-1691)
1 1) y su escuela
l
Hooke (1635-1703), Mayow (1641-1679)
Boyle y su escuela
¾ Creación de un grupo de investigación (Hooke,
(Hooke
Mayow)
¾ Aplicación del método científico
¾ Experimentos cuidadosos
¾ Perfeccionamiento de equipo de laboratorio
¾ Trabajo con gases
¾ Ley de Boyle (PV = cte)
¾ Concepto de elemento químico
¾ Especulaciones sobre la estructura de la materia
¾ Concepto
p de compuesto
mpu
químico
qu m
¾ Fundación de la Royal Society
350º Aniversario de la
publicación de
‘El Químico Escéptico’
(R b rt B
(Robert
Boyle)
l )
La química del siglo XVIII
Teoría del Flogisto: Un siglo de retraso conceptual
Black (1728-1799)
Priestley (1733-1804)
Becher (1635-1682)
Stahl (1659-1734)
Cavendish (1731-1810)
Scheele (1742-1786)
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Lavoisier (1743-1794)
Rigor en las medidas
Identificación del papel del oxígeno
Nomenclatura
m
Sistematización de los
conceptos químicos
Ley de la conservación
de la masa
Elementos químicos descubiertos en el periodo 1735-1797
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El nacimiento de la química como ciencia moderna
D lt (1766
Dalton
(1766-1844)
1844)
Proust (1754-1826)
Ley de las proporciones Ley de las proporciones
múltiples
definidas
Teoría atómica
Gay-Lussac
Gay
Lussac (1754
(1754Berzelius (1779
(1779-1848)
1848)
Richter
(1762-1807)
1850)
Composición
Ley de las volúmenez Ley de las proporciones
Sistematización
equivalentes
definidas
nomenclatura.
200º Aniversario de la
hipótesis de Avogadro
Química y electricidad
Volta
l (1745-1827)
(
)
Davy (1778-1829)
F
Faraday
d
(1791
(1791-1867)
1867)
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Michael Faraday (1791-1867)
Familia muy humilde.
Trabajó desde la niñez.
Educación muy elemental.
Aprendiz de encuadernador
(imprenta y librería).
Asiste a las conferencias de Davy en la Royal Institution (29 de
febrero de 1812).
1812)
En 1812: ayudante de Davy durante unas semanas (tomando notas
d sus experimentos
de
i
t y llecciones).
i
)
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Diciembre de 1812: Envío de
las notas de clase a Davy.
Diciembre de 1812: Davy le
contrata como ayudante
permanente.
1815: Encargado del
instrumental científico de la
Royal Institution.
1829: Profesor de la Royal
y
Military Academy.
1833: Profesor de la Royal
Institution.
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APORTACIONES CIENTÍFICAS DE FARADAY
En Química:
Descubrimiento de compuestos orgánicos importantes
Síntesis de compuestos halogenados
Leyes de la electroquímica
Investigación con gases
E Física:
En
Fí
Leyes del electromagnetismo
Relación entre la electricidad y el magnetismo (inducción
electromagnética)
l t
éti )
Magneto-óptica
Diamagnetismo/paramagnetismo
Líneas de los campos de fuerza
Aplicaciones prácticas:
Lámpara de seguridad para mineros (en colaboración con Davy)
Dinamo eléctrica
Motor eléctrico, transformador eléctrico, generador eléctrico
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Elementos químicos descubiertos en el periodo 1801-1867
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El nacimiento de la química como ciencia moderna
1811. Hipótesis
p
de Avogrado.
g
Volúmenes iguales
g
de todos los gases,
g
,
a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de
moléculas.
1860
Avogadro
(1776 1856)
(1776-1856)
Kekulé
(1829-1896)
Cannizzaro
(1826-1910)
El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre
la física (los físicos) y la química (los químicos).
químicos)
Para los físicos de mediados del siglo XIX, la existencia de
moléculas era evidente; algunos químicos dudaron de su existencia
hasta el siglo XX.
XX
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200º Aniversario de la
hipótesis de Avogadro
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Mendeleev
(1834-1907)
1869
Número de
Avogadro: número
de moléculas en
un mol de
sustancia.
Perrin (1870-1942)
La ciencia a finales del siglo XIX
¾
¾
¾
¾
¾
Gravitación
Electromagnetismo
Teoría cinética de los gases
Ecuaciones de la termodinámica
Leyes de la óptica (naturaleza de la luz)
There is nothing new to be discovered in
physics now, All that remains is more and
more precise
i measurement.
t
Lord Kelvin (finales del siglo XIX)
Sólo quedaban por explicar unos ‘pocos’ fenómenos naturales
¾ Radiación del cuerpo negro
¾ Espectros de los elementos químicos
¾ Efecto fotoeléctrico
¾ Descubrimiento del electrón
¾ Rayos
ayos X
¾ Radiactividad
¾ Efecto Compton
¾ Movimiento Browniano
¾ Estructura del átomo (experimentos de Rutherford)
Interacciones de la materia y la energía
Centenario del Premio Nobel de
Química a Marie Curie
Conclusiones científicas de la investigación de Marie Curie
Ent n r la
Entender
a radiactividad
ra act
a como
c m una propiedad
pr p a natural
natura que
qu depende
p n
de la
a
constitución íntima de la materia (el núcleo).
Aislar el radio, tras manipular toneladas de mineral de uranio, es uno de los
grandes hitos de la química (por el método de trabajo y el tipo de
)
material).
Abrió el camino para identificar y aislar más elementos radiactivos, tanto
naturales como artificiales.
La química pasó de una ciencia de la pesada a una ciencia de medidas
indirectas.
La radiactividad es una radiación ionizante, se detecta con un electrómetro
(inventado por Pierre Curie) que mide la conductividad eléctrica en un medio.
Elementos químicos descubiertos en el periodo 1875-1907
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Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica aplicada
a la Química (Química cuántica)
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La Química en nuestras vidas
Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Química y sus
aplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932)
Beneficios de la Química para el ser humano
Vida más larga.
Vida más saludable (curamos enfermedades, hacemos biomateriales,
paliamos dolores y achaques).
Potabilización de agua.
Mejores alimentos. Fertilizantes, abonos, protectores de cosechas,
cuidado del ganado.
Producción de energía: carbón, petróleo, hidrógeno.
Nuestra vida cotidiana: higiene
higiene, limpieza
limpieza, cosméticos
cosméticos, ocio
ocio, deporte
deporte,
seguridad, vestidos , tintes, …..
Alta tecnología: electrónica,
electrónica ordenadores,
ordenadores nanomateriales,…..
nanomateriales
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Celebrando el p
papel
p de la
mujer en la Ciencia
Insulina
Vitamina B12
Penicilina
Colesterol
Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1910-1994)
Premio Nobel de Química (1964)
Aplicaciones de la difracción de rayos X a la
determinación estructural de moléculas
complejas
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III CURSO DE DIVULGACIÓN
“LOS AVANCES DE LA QUÍMICA Y SU
IMPACTO EN LA SOCIEDAD
SOCIEDAD”
A partir
i de
d septiembre
i b de
d 2012
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Química,
nuestra
t vida,
id
Nuestro futuro
Marie Curie
Premio Nobel (1903, 1911)
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