viernes, 17 de enero de 2014

Tipos Generales De Reacciones Químicas



Aunque no todas las reacciones pueden englobarse en estos tipos, consideramos sólo el resultado global y las clasificamos en los cuatro tipos principales siguientes. Atendiendo al proceso íntimo por el cual transcurre la reacción se pueden dividir en reacciones de transferencia de protones (ácido-base), de transferencia de electrones (redox), de precipitación y reacciones orgánicas.


  • SÍNTESIS O COMBINACIÓN
Dos o más sustancias reaccionan entre sí para dar lugar a una única sustancia más compleja.

A + B = AB

Donde A y B pueden representar elementos o compuestos y pueden combinarse en una relación diferente a la 1:1.

- Reacciones entre no metales dan lugar a compuestos covalentes:



N2  + 3 H2 = 2 NH3

- Reacciones entre un metal y un no-metal originan una sal:

Fe  +  S  =  FeS 

- Reacciones entre un elemento y oxígeno producen óxidos:

2 Ca  +  O2 = 2 CaO
S  + O2 =   SO2 

- Reacciones entre un óxido básico (metálico) y agua dan hidróxidos:

CaO  +  H2O =  Ca(OH)2

- Reacciones entre un óxido ácido y agua dan oxoácidos:

SO2  +  H2O = H2SO

- Reacciones entre un óxido ácido y un óxido básico generan sales (oxisales):

CaO  +  SO2  =  CaSO3

  • DESCOMPOSICIÓN
Es el proceso inverso al anterior. Una sustancia se descompone o rompe en dos o más sustancias iguales o distintas. Su forma general es:

AB = A +B

- Al calentar los carbonatos se forman óxidos metálicos y dióxido de carbono:

MgCO3  = MgO  + CO2

- Muchos hidróxidos, por calentamiento, se descomponen en óxidos metálicos y agua:

Ca(OH)2  =  CaO  + H2O

- Por calentamiento, los cloratos dan el cloruro correspondiente y oxígeno:

2 KClO= 2 KCl  + 3 O2

- Algunos ácidos (carbónico, sulfuroso...) por calentamiento, se descomponen en óxidos no-metálicos y agua:

H2SO3  =  H2O  +  SO2

- Algunos óxidos de metales pesados (de mercurio y plomo) se descomponen por el calor generando oxígeno y el metal correspondiente:

2 HgO  = 2 Hg  + O2

- Por electrólisis se producen numerosas reacciones de descomposición:

2 H2O = 2 H2  + O2
2 NaCl =  2 Na  + Cl2

  • DESPLAZAMIENTO O SUSTITUCIÓN
Uno de los elementos de un compuesto es sustituido o desplazado por otro elemento.La ecuación general es:

AB + X = XB + A

Como el elemento que sustituye es más activo, estas reacciones permiten ordenar a los elementos por su actividad.




- Un metal puede verse desplazado de una de sus sales por otro metal más activo:

Zn  + CuSO4  = Cu  + ZnSO4

- Los metales más activos (alcalinos y alcalino-térreos) desplazan la mitad del oxígeno del agua y forman hidróxidos:

2 K + 2 H2O =  2 KOH + H2

- Muchos metales (excepto los menos activos) reaccionan con ciertos ácidos como HCl, H2SO4 dil... reemplazando al hidrógeno y formando la sal correspondiente:

Zn  + H2SO4  = H2 + ZnSO4   

- Un halógeno desplaza a otro menos activo de sus compuestos. El orden decreciente de actividad es F> Cl> Br > I

Cl2 + 2 KBr = 2 KCl  + Br2



  • DOBLE DESPLAZAMIENTO O DOBLE SUSTITUCIÓN
Estas reacciones - antiguamente denominadas de metátesis,- equivalen a un desplazamiento por duplicado. Tienen lugar normalmente en disolución, para que los iones generados puedan circular libremente e intercambiarse, generando dos compuestos nuevos.

AB + XY = AY + XB

Esto ocurre cuando uno de los compuestos es un precipitado o sólido insoluble, una molécula no iónica (covalente) o un gas:

NaCl  + AgNO3 = NaNO3  + AgCl  (precipitado)


HCl + KOH = KCl  +  H2O (molécula covalente)



2 HCl + Na2CO3 = 2 NaCl + H2O + CO2 (gas)



Las reacciones de neutralización responden a este esquema:

ÁCIDO  +  BASE  =>  SAL   +  AGUA

HCl + NaOH = NaCl  +  H2O  

  • Reacciones de combustión:



miércoles, 13 de noviembre de 2013

Bombas De Frío/Calor


Todas las reacciones químicas conllevan un intercambio de calor. Algunas de ellas liberan calor y se denominan exotérmicas y otras absorben calor en su transcurso, llamándose endotérmicas.

Cuando esta energía se libera va a parar al entorno, provocando un aumento de temperatura del mismo. Un ejemplo lo constituyen las más famosas reacciones exotérmicas, las combustiones. Diariamente se producen millones de reacciones de combustión en los motores de los vehículos.

Si la reacción absorbe energía la tomará de su entorno y éste sufrirá un descenso de temperatura.Así pues podemos decir que las reacciones químicas generan calor o frío.

La mayoría de los métodos de producción de frío se basan en la extracción de calor a través de la absorción del mismo por un fluído llamado refrigerante. El refrigerante utiliza ese calor para cambiar de estado de agregación (evaporación, fusión o sublimación) a bajas temperaturas.

Otra manera de generar frío es mediante el intercambio energético de las reacciones químicas, lo cual se conoce como refrigeración química.

En este proceso aprovechamos las reacciones reversibles entre un sólido y un gas. Uno de los pares más utilizados en estos sistemas es el formado por el cloruro de manganeso, MnCl2  y el amoníaco, NH3,

 MnCl2  +  6 NH3  ↔ [Mn(NH3)6Cl2]

En este tipo de reacciones se basan algunas bombas de calor.




El funcionamiento de las bombas de calor se puede sistematizar en cuatro pasos:

  1. El fluído refrigerante utilizado se encuentra inicialmente en estado líquido en condiciones de baja temperatura y presión. El fluído refrigerante absorbe la temperatura ambiente del aire que pasa a través del evaporador y cambia de estado, evaporándose. A la vez, el aire se expulsa a una temperatura menor.
  2. El vapor de fluido refrigerante llega al compresor todavía a baja presión, pero allí aumenta su presión y temperatura.
  3. El vapor refrigerante con una elevada energía circula por el condensador ubicado  a lo largo de una caldera, donde va cediendo su energía acumulada (al agua) y cambiando nuevamente de estado (se condensa y vuelve a estado líquido).
  4. El fluido refrigerante líquido pasa por la válvula de expansión y recupera su presión y temperatura inicial, iniciando en estas condiciones el ciclo.




jueves, 7 de noviembre de 2013

La Deliciosa Brisa Marina


El agua ejerce un poder moderador de las temperaturas debido a su  elevada inercia térmica que le imprime dificultad para cambiar de temperatura.

Las grandes masas de agua tienden a permanecer calientes más tiempo durante los períodos fríos, es decir, durante las noches o las estaciones frías. De forma contraria, tienden a permanece más frías durante los períodos de calentamiento como los veranos o los días.

Los océanos se calientan y se enfrían a un ritmo estimado de dos veces más despacio que los continentes. Por este papel termorregulador del agua, las zonas marítimas tienen clima más suave que las zonas continentales interiores.

La inercia química del agua se debe a su elevada capacidad calorífica, con un valor de 4180 J/Kg.K. Para lograr el mismo aumento de temperatura, el agua necesita absorber más cantidad de energía que otras sustancias o materiales. Aunque el agua y el suelo reciben la misma radiación solar, el agua aumenta su temperatura más lentamente.

Por esa razón, si estás tumbado sobre la arena y decides ir a darte un baño, te abrasarás con la arena ardiendo al ir hacia la orilla y el agua te parecerá más fría aún (de hecho lo está aunque reciba la misma radiación solar).



En las costas el sol calienta más rápido la tierra que el agua de mar. Así, durante el día la tierra está más caliente, por lo que el aire próximo al suelo se calienta y asciende. El aire en contacto con el agua, al estar más frío se desplaza para ocupar su lugar. Se forma de esta manera una corriente de aire fresco desde el mar a la tierra que denominamos brisa marina.



Durante la noche ocurre justamente lo contrario.

martes, 5 de noviembre de 2013

Superconductores A Alta Temperatura

Paisaje nada atractivo, pero necesario

La conductividad eléctrica de los metales depende de la resistencia que opongan sus átomos al paso de la corriente de electrones: cuanto menor sea sea resistencia, mayor será su condudtividad.

La energía invertida en vencer esta resistencia se disipa en forma de calor. Es el llamado Efecto Joule: El paso de la corriente eléctrica a través de un conductor provoca un aumento de su temperatura que se traduce en un incremento de la resistencia.

Esto es debido a que la vibración de los átomos aumenta con la temperatura y dificulta el tránsito de electrones.


A efectos prácticos este hecho conlleva la pérdida de energía eléctrica. Casi la tercera parte de la energía eléctrica que se transporta a grandes distancias se disipa o pierde debido a la resistencia de los cables.

De forma contraria, al reducirse la temperatura, la resistencia al paso de la corriente también disminuye.

A temperaturas extremadamente bajas y próximas al cero absoluto (del orden de 4 K, es decir -269º C), algunos metales como el titanio, el mercurio, el plomo y el zinc pierden la resistencia al paso de la corriente y llegan a convertirse en superconductores.


El inconveniente claro es la rentabilidad económica: es imposible mantener los cables de transmisión a temperaturas cercanas al cero absoluto para evitar pérdidas por disipación durante el transporte.El consumo energético sería superior al 33% de las pérdidas por disipación.

Desde hace ya varios años ha consistido en un reto para la investigación la posibilidad de reducir la resistencia sin que acarree un descenso de temperaturas.

En 1986 se descubrieron nuevos materiales cerámicos que se comportaban como conductores a temperaturas de 90 K (-183ºC). El problema es la composición de los materiales que los hace inapropiados para la fabricación de cables.

Para alcanzar esta superconductividad es necesario alcanzar temperaturas  en torno a 90K y se puede uasr nitrógeno líquido, más barato que el helio líquido empleado en llegar a los 4K.



Los superconductores, aparte del ya citado ahorro energético, tienen un sinfín de aplicaciones. Entre ellas destacan la construcción de ordenadores superrápidos o la producción de intensos campos magnéticos.

Los campos magnéticos sirven para construir potentes aceleradores de partículas o para la fabricación de trenes de alta velocidad silenciosos que se mueven por levitación magnética encima de las vías, sin entrar en contacto con ellas y alcanzando velocidades cercanas a los 550 Km/h.

Aún así, todavía existen seria complicaciones para obtener superconductores a altas temperaturas.

La investigación en ese campo sigue este camino y, de hecho, en el año 2003 el Premio Nobel de Física se concedió a los rusos A. Abrikosov y V. Ginzburg y al británico A. Leggett por su contribución pionera al estudio de los superfluídos y superconductores.


viernes, 11 de octubre de 2013

Cronología Del Descubrimiento De Los Elementos


El descubrimiento de los elementos químicos está ligado a los avances técnicos y científicos de las diferentes épocas históricas.

Los 116 elementos conocidos se clasifican en siete grupos según la técnica empleada en su descubrimiento, sin considerar los producidos artificialmente por transmutación atómica y que no fueron descubiertos en la naturaleza.
  • Elementos en estado nativo u obtenibles de sus sales y óxidos. Hasta el siglo XVIII se conocían tan solo 14 elementos. Algunos de ellos como el oro, plata, cobre, azufre y mercurio eran conocidos desde antiguo por presentarse en estado nativo. Otros (hierro, plomo, estaño, carbono, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto y cinc) se obtenían fácilmente a partir de sus compuestos.
  • Estudio sistemático de los gases. A finales del siglo XVIII con la implantación de las bases de la química moderna y el estudio de las propiedades de los gases, se produjo el descubrimiento de 3 nuevos elementos: hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.




  • Método químico- analítico. Con la incorporación del método científico en la rutina de trabajo y el empleo de la medida de forma sistemática, aparecieron conceptos como átomo, molécula y elemento químico.
De esta manera, entre 1735 y 1830, se descubrieron 33 nuevos elementos enumerados cronológicamente: cobalto, níquel, manganeso, bario, molibdeno, wolframio, teluro, estroncio, circonio, urano, titanio, cromo, berilio, niobio, tantalio, platino, paladio, rodio, osmio, iridio, rutenio, flúor, cloro, yodo, bromo, boro, cadmio, litio, selenio, silicio, aluminio, torio y vanadio.
  • Descubrimiento de la electricidad. Amplió las posibilidades técnicas del momento y supuso el descubrimiento de 4 nuevos elementos:sodio, potasio, magnesio y calcio (entre 1807 y 1808).



  • Método químico-analítico. Debido a la utilización de reacciones químicas y por la abundancia de algunos metales en las menas, se tradujo en el descubrimiento de metales como el aluminio o el silicio. Se da la circunstancia de que son dos de los metales más abundantes en la corteza terrestre y sin embargo su descubrimiento se produjo en 1823 y 1825.


  • Espectroscopía. En 1895 la etapa químico-analítica dejó paso a la espectroscópica. Gracias a la interpretación de los espectros atómicos como su seña distintiva se consiguió entre 1861 y 1863 descubrir los siguientes elementos: cesio, rubidio, talio e indio y entre 1868 y 1898 los gases nobles helio, argón, kriptón, neón y xenón. es de destacar que el gas helio se descubriera inicialmente en el sol en 1868 y que se necesitaran 30 años para identificarlo en la Tierra.

  • Radiactividad. El uso de la radiactividad a principios del siglo XX propició el descubrimiento del polonio, actinio, radón, protoactinio y francio. Estos elementos no se descubrieron de la misma forma que el uranio y el torio debido a su escasa presencia en la naturaleza.


jueves, 30 de mayo de 2013

Metales Con Memoria



Aunque parezcan metales normales y corrientes tienen una extraña y sorprendente cualidad que consiste en recordar su forma antigua y recuperarla al cambiar la temperatura.


Estos metales inteligentes o con memoria de forma sufren el llamado Efecto Térmico de Memoria. Este efecto fue observado en 1951 por vez primera en una aleación de Oro-Cadmio y en 1963 se descubrió el NITINOL (Niquel Titanium Naval Ordenance Laboratories).

El nitinol es una aleación de Niquel-Titanio que puede volver a su forma primitiva a pesar de que se haya doblado o retorcido. Después de una deformación plástica el material recupera su forma original tras un calentamiento suave (con agua caliente, por ejemplo).


Estas propiedades se deben a una transición de fase entre estructuras tipo austenita y martensita.

Las transiciones de fase en los sólidos pueden producirse por un mecanismo de desplazamiento de los átomos de sus posiciones de equilibrio (difusión).

Así adopta una nueva estructura más estable para adaptarse a las nuevas condiciones de presión y temperatura.

Al ser un material superelástico se emplea en medicina en sondas tubos para cirugía vascular (STEN), en monturas de gafas para niños, en conducciones en la industria aeronaútica y conducciones submarinas...

Se empiezan a desarrollar aplicaciones prácticas con fines comerciales. Ya comercializan una freidora cuyo soporte del cestillo donde se ponen los alimentos a freír es de una aleación de cobre con memoria de forma.

El cestillo se mantiene fuera del aceite hasta que alcanza una determinada temperatura, que cambia la forma del soporte y sumerge el cestillo en el aceite caliente a la temperatura adecuada.

Si se ha programado la freidora, al apagarse y enfriarse el aceite, el soporte vuelve a levantar el cestillo.

Una aplicación genial es la que están estudiando los fabricantes de automóviles. Se trata de una aleación de níquel, titanio y aluminio para fabricar carrocerías inteligentes.

Tras abollarse la carrocería después de un choque podrían recuperar su forma original con un pequeño calentamiento. Sería estupendo, verdad?



domingo, 19 de mayo de 2013

Fourier Y El Calor


A Jean Baptiste Joseph Fourier se le conoce como el "egiptólogo", pues acompañó a Napoleón Bonaparte en 1798 en su expedición a Egipto para realizar ambiciosos estudios científicos en una comitiva formada por 165 sabios.

En su regreso a Francia, el barco fue capturado por los ingleses para apoderarse de sus documentos y antigüedades egipcias. Fourier salió sano y salvo del secuestro y eso le permitió desarrollar su famoso Análisis Armónico, clave en matemáticas. Fue su segundo golpe de suerte ya que, tras la caída de Robespierre, fue salvado de la guillotina por su participación en la Revolución Francesa.

Fourier estaba obsesionado por el calor. En su casa la temperatura era elevada, lo cual le permitía estar alejado de las visitas, pero él permanecía forrado de ropa.




Esta inquietud le llevó a deducir una ecuación que describía la conducción del calor en cuerpos sólidos.

Se llama conducción de calor al mecanismo de transferencia de energía calorífica entre dos sistemas basado en el contacto directo entre sus partículas, pero sin flujo neto de materia. Por medio de la transferencia de energía cinética entre las partículas se tiende a igualar la temperatura entre diferentes partes de un cuerpo o cuerpos distintos en contacto.

La conductividad térmica es el principal parámetro (que depende de cada material) y mide la capacidad para conducir el calor o para trasferir el movimiento cinético de sus partículas a otras moléculas adyacentes (pertenezcan o no al mismo cuerpo).

Al calentar un cuerpo, las moléculas en contacto directo con el foco de calor aumentan su vibración y chocan con las que le rodean. Éstas repiten el mismo proceso hasta que todas las moléculas se agitan. Por esta razón, si se calienta el extremo de una varilla metálica a la llama, transcurre cierto tiempo hasta que el calor se percibe en el otro extremo.



La Ley de Fourier establece que la transferencia de calor por conducción en una dirección dada es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección.

Para un flujo unidimensional:



Donde el primer miembro es el flujo de calor que atraviesa el área A en la dirección X, k es la constante de proporcionalidad llamada conductividad térmica, T es la temperatura en Kelvin y t es el tiempo en segundos.

La conductividad térmica es una propiedad específica de cada material. Indica la capacidad de conducir el calor a través de ellos y depende de la temperatura a la que se encuentre el material.

Es elevada en metales y baja en gases y en materiales iónicos y covalentes. Es muy baja en materiales como la fibra de vidrio (por eso se utiliza como aislante térmico).

Fourier fue el primero en dar una explicación científica al Efecto Invernadero. Su nombre se encuentra grabado en la lista de los 72 científicos que aparece en la Torre Eiffel.




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