La química como parte de nuestra vida

La química como parte de nuestra vida
La química es parte de nuestra vida y está presente en todos los
aspectos fundamentales de nuestra cotidianidad. La calidad de vida
que podemos disfrutar se lo debemos a los alcances y descubrimientos
que el estudio de la química aplicada nos ha dado.
1. La Materia y los sistemas Materiales
La química actúa sobre la materia, que es todo aquello que nos
rodea, ocupa un lugar y un espacio en el universo, y que somos capaces
de identificar y conocer.
La materia presenta dos tipos de propiedades:
propiedades extensivas y propiedades intensivas.
Las propiedades extensivas se relacionan con la estructura química
externa; es decir, aquellas que podemos medir con mayor facilidad y
que dependen de la cantidad y forma de la materia. Por ejemplo: peso,
volumen, longitud, energía potencial, calor, etcétera.
Las propiedades intensivas, en cambio, tienen que ver más con la
estructura química interna de la materia, como la temperatura, punto
de fusión, punto de ebullición, calor específico o concentración (ver
glosario para estos tres últimos términos), índice de refracción, entre
otros aspectos.
Las propiedades intensivas pueden servir para identificar y
caracterizar una sustancia pura, es decir, aquella que está compuesta
por un solo tipo de molécula (ver glosario), como, por ejemplo, el agua,
que está formada solo por moléculas de agua (H2O), o el azúcar, que
solo la conforman moléculas de sacarosa (C12H22O11).
Glosario
Punto de ebullición: temperatura a
la cual una sustancia pasa del estado
líquido al gaseoso.
Calor específico: cantidad de calor
requerida para elevar la temperatura de
un gramo de una sustancia en un grado
centígrado (1ºC).
Punto de fusión: temperatura a la
cual una sustancia pasa del estado
sólido al líquido.
Molécula: es una agrupación estable
de átomos, unidos por un tipo de enlace
químico llamado enlace covalente.
La clasificación de los sistemas materiales en abiertos, cerrados y aislados,
obedece a hechos observables en la superficie de contacto entre el sistema y el medio.
Si se atiende a las propiedades en el interior de cada sistema, se adopta otro criterio
clasificador, según el cual hay dos posibilidades: sistemas homogéneos y sistemas
heterogéneos.
Sistemas Homogéneos: si observamos las propiedades intensivas de una
muestra de agua pura contenida en un recipiente (Punto de fusión, punto de
ebullición, densidad, etc.), veremos que ellas permanecen constantes para cualquier
porción de agua que se considere. El agua es el único componente del sistema.
Si ahora consideramos un sistema formado por el agua a la que le hemos agregado
una pequeña cantidad de azúcar -sistema formado por dos componentes: agua y
azúcar-, podemos observar y comprobar que las propiedades intensivas en este caso
son iguales en todos los puntos de su masa.
Decimos entonces que, el sistema de un componente: agua pura, y el sistema de dos
componentes, agua y azúcar, constituyen sistemas homogéneos.
Definimos sistema homogéneo: a aquel que presenta las mismas propiedades
intensivas en todos sus puntos.
Todo sistema homogéneo se caracteriza por presentar continuidad cuando se lo
observa a simple vista, al microscopio y aún al ultramicroscopio. No es posible, en el
ejemplo anterior, observar y distinguir el agua del azúcar.
Hay infinidad de sistemas homogéneos, entre otros: agua potable, aire (varios
componentes); alcohol, agua (un componente), etc.
Sistema homogéneo: agua pura
Sistemas Heterogéneos: si analizamos un sistema formado por agua y aceite
(dos componentes), comprobamos que no posee homogeneidad, ya que a simple vista
se distinguen la zona ocupada por el aceite y la zona ocupada por el agua. También
podemos comprobar que ciertas propiedades intensivas (densidad por ejemplo) no se
mantienen constantes cuando pasamos de un punto ocupado por el aceite a otro
punto
ocupado por el agua. Lo mismo sucede en el sistema formado por agua líquida, hielo
y vapor de agua -un componente-.
Los sistemas anteriores son heterogéneos y los podemos definir como: aquellos
sistemas que presentan distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus
puntos.
Otros ejemplos de sistemas heterogéneos son: agua y arena, agua y limaduras de
hierro, pólvora (clorato de potasio, carbono y azufre), etc.
Sistemas heterogéneos
2.- Estados de la Materia: Sólido, líquido y gaseoso
La materia normalmente presenta tres estados o
formas: sólida, líquida o gaseosa. Sin embargo, existe un cuarto estado,
denominado estado plasma, el cual corresponde a un conjunto de
partículas gaseosas eléctricamente cargadas (iones), con cantidades
aproximadamente iguales de iones positivos y negativos, es decir,
globalmente neutro.
El estado sólido se caracteriza por su resistencia a cualquier
cambio de forma, lo que se debe a la fuerte atracción que hay entre las
moléculas que lo constituyen; es decir, las moléculas están muy cerca
unas de otras.
En el estado líquido, las moléculas pueden moverse libremente
unas respecto de otras, ya que están un poco alejadas entre ellas. Los
líquidos, sin embargo, todavía presentan una atracción molecular
suficientemente firme como para resistirse a las fuerzas que tienden a
cambiar su volumen.
En cambio, en el estado gaseoso, las moléculas están muy
dispersas y se mueven libremente, sin ofrecer ninguna oposición a las
modificaciones en su forma y muy poca a los cambios de volumen.
Como resultado, un gas que no está encerrado tiende a difundirse
indefinidamente, aumentando su volumen y disminuyendo su
densidad.
La mayoría de las sustancias son sólidas a temperaturas bajas,
líquidas a temperaturas medias y gaseosas a temperaturas altas; pero
los estados no siempre están claramente diferenciados. Puede ocurrir
que se produzca una coexistencia de fases cuando una materia está
cambiando de estado; es decir, en un momento determinado se pueden
apreciar dos estados al mismo tiempo. Por ejemplo, cuando cierta
cantidad de agua llega a los 100ºC (en estado líquido) se evapora, es
decir, alcanza el estado gaseoso; pero aquellas moléculas que todavía
están bajo los 100,1 °C, se mantienen en estado líquido.
3.- Cambios físicos y químicos de la Materia
Aunque al mirar a nuestro alrededor podemos apreciar distintos
estados de la materia (por ejemplo, una silla es materia en estado
sólido, la leche un líquido y el humo de las fábricas es gaseoso), en la
naturaleza ocurren infinitos cambios a cada instante.
Si tomamos, por ejemplo, un vaso con agua (estado líquido),
observaremos que el agua ocupa el espacio interno del vaso. Luego, si
colocamos en un recipiente el agua contenida en el vaso y la
calentamos, veremos que en cierto momento comienzan a observarse
burbujas en la superficie, y el agua en estado líquido pasa a ser vapor
de agua (estado gaseoso). Este evento, que es común observar en
nuestra vida diaria, corresponde a un cambio de estado de la materia.
El agua, tanto en estado líquido como en estado gaseoso, presenta
la misma composición química (H2O). Los cambios de estado de
cualquier material en los que su composición química permanece
invariable se denominan cambios físicos.
Ahora, si tenemos agua mezclada con azúcar (agua azucarada)
y la calentamos hasta evaporar toda el agua posible, en el recipiente
queda el azúcar; es decir, se obtienen los materiales iniciales: agua
(ahora en forma de vapor) y azúcar. Así, cuando mezclamos dos
materiales y podemos separarlos por procedimientos físicos, entonces el
cambio ocurrido también es un cambio físico. Otros tipos de cambios
físicos pueden ser: patear una pelota o romper una hoja de papel.
En todos los casos podría cambiar la forma, (como cuando cortas
el papel ), pero la sustancia se mantiene, es decir, el papel sigue
estando ahí.
Pero existe otro tipo de cambio que sí modifica la estructura
química de uno o más materiales. Es el que se conoce como cambio
químico. Este sucede cuando el material experimenta una
transformación en su estructura química, como consecuencia de su
interacción o relación con la estructura química de otro material,
transformándose ambas estructuras. Esto da como resultado la
formación de un nuevo material con características diferentes a las
iniciales; es decir, ocurrió una reacción química.
Cuando se deja un determinado tiempo una manzana se puede
apreciar un cambio químico, ya que sus constituyentes externos
reaccionaron con el oxígeno del aire y se produjo un oscurecimiento
por la reacción de oxidación o envejecimiento. Su estructura interna
cambió y ya no es posible recuperarla por medios físicos.
Las frutas, como pueden conservarse por refrigeración, que hace
más lento el proceso de oxidación, o cubriéndolas, para que el oxígeno
no actúe sobre la fruta.
Si impregnamos la manzana con jugo de limón, seguirá en buen
estado, ya que el jugo de limón contiene vitamina C (ácido ascórbico),
la cual actúa como antioxidante; es decir, evita que el oxígeno
reaccione con la manzana y retarda el envejecimiento.
En la naturaleza, la mayoría de las alteraciones que se producen
son cambios químicos, como la combustión, la pudrición, la
fermentación, la digestión de los alimentos, etcétera.
Sin embargo, también existen otros tipos de transformaciones
químicas, como cuando se quema basura, o uno fundamental, que es la
respiración, donde hay una reacción química.
4.- Reacciones Químicas de la Vida Cotidiana
 Cambio de color
 Liberación de energía en
forma de luz o calor
 Absorción de energía
(disminución de
temperatura)
 Cambio de olor
 Aparición de burbujas o
sólido
Evidencia de las reacciones
químicas
Algunos tipos de reacciones:
Combustión: Es una reacción química que se produce cuando un
combustible se combina con un comburente el oxígeno, produciéndose
dióxido de carbono, vapor de agua y energía en forma de luz y calor.
Los combustibles son sustancias que contienen energía química
almacenada, la que proviene de las fuerzas que mantienen unidos a los
átomos que componen el combustible.
Respiración y fotosíntesis.
Para realizar las funciones vitales todos los seres vivos necesitan
energía, energía que obtienen de la oxidación de azúcares, sobre todo
glucosa, y grasas. Puesto que esta combustión libera mucha energía,
debe hacerse poco a poco, en procesos controlados por enzimas. Este
proceso controlado de combustión se llama respiración y tiene lugar en
el interior de las células, adonde llega el oxígeno procedente de los
pulmones.
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O
Respiración
Las plantas, además de la respiración, que emplean para obtener
energía, obtienen recursos esenciales a través de otro proceso, la
fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso opuesto a la respiración.
Mientras que en ésta la glucosa se combina con el oxígeno para
producir agua y dióxido de carbono, en la fotosíntesis, gracias a la luz
del Sol, el agua y el dióxido de carbono se combinan para dar glucosa.
6 CO2 + 6 H2O
Fotosíntesis
C6H12O6 + 6 O2
Corrosión de metales: La corrosión es la oxidación de los metales en
presencia de aire y humedad. Es muy probable que en más de una
ocasión hayas visto los efectos de esta reacción química, en el deterioro
que sufren los metales cuando quedan a la intemperie, como
maquinarias herramientas, automóviles, entre muchos otros.
El hierro es un metal que se oxida fácilmente por acción combinada
del aire y de la humedad, formando un óxido de color rojizo llamado
herrumbre.
Putrefacción de la materia orgánica: Seguramente has observado
un trozo de carne, pan o fruta en esta de descomposición y
comprobado que su aspecto y olor son muy desagradables. La
putrefacción es una reacción química de degradación de materia
orgánica producida por microorganismos, como bacterias y hongos,
denominados descomponedores.
El crecimiento de determinados organismos durante la preparación o la
conservación de alimentos pueden provocar intoxicación alimentaria. Estos
microorganismos producen unas toxinas que son realmente las responsables de la
intoxicación. El botulismo, por ejemplo, está provocado por las toxinas liberadas por
la bacteria Clostridium botulinum.
La descomposición microbiana de los alimentos se frena mediante técnicas como la
conservación en medios muy ricos en sal o en azúcar o en ácidos débiles (encurtido),
la desecación, la refrigeración o la destrucción de los microorganismos por calor
(enlatado y pasteurización) o por radiaciones.
Cuando los productos congelados se descongelan, los desecados se rehidratan o los
enlatados se abren, quedan de nuevo expuestos a la descomposición, pues los
saprofitos de la atmósfera empiezan a contaminarlos. La velocidad de la actividad
microbiana depende de la temperatura del medio. Cuanto más baja es ésta, tanto
más lenta es la actividad; no obstante, incluso los alimentos congelados terminan por
deteriorarse, aunque el proceso es muy lento. Sólo la inhibición química de la
actividad microbiana puede proteger los alimentos una vez expuestos a la
atmósfera. Sin embargo, algunos microorganismos, en particular los hongos,
proliferan en presencia de concentraciones elevadas de sal o azúcar.
Por otro lado, ciertos productos alimenticios, como el queso y el yogur, se forman
gracias a la actividad de microorganismos específicos, pero el resultado se degrada
rápidamente cuando el proceso se ve contaminado por otros microbios. Asimismo, la
colonización microbiana de los alimentos altera la consistencia, el olor y el sabor y
los hace menos apetitosos.