Clasificación de la materia

Para realizar un estudio y análisis más ordenado y especializado, se le divide a la materia, de acuerdo al estado natural con el que se encuentra, en dos grupos muy amplios:

Sustancias puras: Abarca la clase de materia que posee composición química definida (átomos o moléculas iguales) y características reconocibles. Esta se puede encontrar en los tres estados básicos de la materia. De igual modo se encuentran involucradas en fenómenos y cambios químicos, y normalmente al ser juntadas por métodos físicos forman las mezclas. Este grupo se subdivide en:

Elementos: También conocidos como sustancias puras simples. Están conformados por una misma clase de átomos con las mismas propiedades químicas (determinadas por el mismo número de electrones en la capa de valencia.) Estos no pueden ser descompuestos en sustancias más simples y pueden ser encontrados en la tabla periódica.

Compuestos: Sustancias que se originan por la unión de dos o más sustancias elementales de diferentes características por métodos químicos. Estos pueden ser encontrados en proporciones específicas en una sustancia, las cuales no varían con el tamaño de la muestra que se obtenga de dicha sustancia. Estos son de naturaleza molecular (enlace covalente) o iónica. Estos compuestos son representados por fórmulas químicas que brindan información cuantitativa y cualitativa de los elementos que lo conforman.

En algunas fuentes se consideran a las moléculas conformadas por átomos de una misma clase (tales como el ozono, el nitrógeno o hidrógeno molecular) dentro del grupo de los elementos. Sin embargo otros consideran que está clasificación es incorrecta debido a que dichas sustancias surgen de otras más simples, como cuando la radiación ultravioleta descompone los enlaces O-O formandose un átomo de oxígeno para combinarse con el oxígeno molecular de la estratósfera y formar ozono.

Mezclas: Se les considera como un sistema conformado por dos o más sustancias unidas por métodos físicos, por lo que estas sustancias conservan sus mismas propiedades químicas e identidad en una mezcla, es decir no reaccionan químicamente. Sin embargo, se puede presenciar que sus propiedades físicas pueden variar (por ejemplo, el punto de ebullición y de fusión, el color, la dureza del material, etc.) Este grupo se subdivide en:

Mezcla homogénea: Este tipo de mezcla presenta una sola fase, es decir, presenta una porción uniforme de materia con composición y propiedades definidas, esto se debe a que sus componentes no son identificables a simple vista. Dentro del grupo de mezclas homogéneas se encuentran las aleaciones y soluciones.

Las aleaciones surgen de la unión entre metales o entre un metal y un metaloide. Tal es el caso del acero inoxidable (acero, cromo y níquel) utilizado en los utensilios de cocina, ollas y vajillas, al igual que partes de motores de avión y automóviles; otro ejemplo es la amalgama (plata, estaño, cobre y mercurio) utilizada en los empastes dentales, actualmente su uso está siendo cuestionado por los efectos nocivos que causa el mercurio en el organismo. El invar (níquel y hierro) es utilizado en la fabricación de sensores sísmicos y equipos de medición en laboratorios de física.

Las soluciones son mezclas que se conforman de un soluto, una sustancia que se disuelve en otra llamada disolvente (frecuentemente en mayor concentración). Los componentes pueden encontrarse en una misma fase o en fases diferentes (las soluciones finales adquieren la fase del disolvente). Un ejemplo puede ser la sacarosa disuelta en agua o la naftalina disuelta en el aire.

Mezcla heterogénea: Presenta sustancias que se pueden distinguir a simple vista, es decir, presenta varias fases en diferentes proporciones, las cuales pueden variar de una muestra a otra, por ello estas mezclas no son uniformes. Dentro de este grupo se encuentran las suspensiones, las cuales se encuentran formadas por una o varias sustancias pulverizada en estado sólido o por pequeñas partículas no solubles cuyo diámetro es mayor a 1 micra (fase dispersa) que se separan y se suspenden en un medio líquido (fase dispersora). Un ejemplo puede ser el humo que se describe como partículas de polvo que se encuentran dispersadas en el aire, otro caso es el de la suspensión de amoxicilina, una penicilina semisintética que combate bacterias cuyas pareces celulares son capaces de segregar una enzima llamada penicilinasa, que inactiva la acción de la penicilina y les otorga a las bacterias resistencia a este antibiótico. Otros ejemplos pueden ser el agua turbia, la combinación de agua y aceite, el jugo de frutas y la ensalada de verduras.

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La materia y sus tipos de análisis

La materia es definida como todo lo que ocupa un lugar en el espacio, es decir, posee un volumen, además de masa cuantificable y medible. La masa es la cantidad de materia de un cuerpo, pero también expresa una medida de la inercia o resistencia al cambio de estado de movimiento cuando se acelera o se somete a una fuerza. De igual modo, la materia posee dimensiones y es influenciada por la gravitación dando origen al peso de un cuerpo. 

Se conoce que cuando los átomos se encuentran en movimiento se produce la energía, la cual también es definida como la capacidad que tienen los cuerpos de transmitir calor o realizar trabajo, y la interacción entre energía y materia producen cambios y transformaciones. La materia másica puede ser analizada a través de dos enfoques o niveles:

Nivel microscópico: Las partículas subatómicas pueden ser partículas elementales o partículas compuestas, a su vez conformadas por otras partículas subatómicas como los quarks, los cuales se conocen hasta la actualidad como constituyentes fundamentales de la materia. Se proponen seis tipos de quarks: up (u), down (d), strange (s), charm (c), top (t) y bottom (b), cada uno con un anti-quark, de igual masa pero de diferente carga. Estas partículas se subdividen en:

Leptones: Son partículas fundamentales con una masa pequeña y de interacción débil. Un ejemplo conocido es el de los electrones, con número de spin ½ y una masa aproximada de 9.11 x 10^-31 kg.

Hadrones: Partículas compuestas, de masa relativamente grande y de interacciones electromagnética, débil y fuerte. Este grupo a su vez se subdivide en:

Bariones: Conformados por 3 quarks y de spin fraccionario:

• Protones: Con número de spin ½ y conformado con dos quarks up y un quark down.
• Neutrones: Conformado con un quark up y dos quarks down.

Mesones: Conformados por un quark y un anti-quark, y de spin entero.

Un ejemplo claro son los piones, de spin 0 y hay de tres tipos:

• π+, conformado por un quark up y un quark anti-down.
• π−, conformado por un quark anti-up y un quark down.
• π0, conformado por un quark up anti-up y un quark down anti-down.

Nivel macroscópico: A este nivel se estudian las moléculas que se encuentran en movimiento debido a las fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. En relación a este criterio, surgen los estados de la materia:

Sólido: Las fuerzas de cohesión son más intensas que las de repulsión, por lo que las moléculas poseen movimiento de vibración, es decir, realizan pequeños movimientos en un punto fijo. De forma definida y volumen irreducible (incompresible), sin embargo este se puede dilatar a altas temperaturas, debido a que aumenta la vibración de las moléculas, y se contrae a bajas temperaturas.

Líquido: Las fuerzas de cohesión y de repulsión son de intensidad similar, por ello un cuerpo líquido es capaz de extenderse. Posee volumen fijo por tener suficiente fuerza de cohesión, sin embargo, adquieren la forma del recipiente que los contiene. Sus moléculas poseen movimientos de vibración y traslación.

Gas: Las fuerzas de atracción son casi inexistentes y sus moléculas están separadas. Estas poseen movimiento de vibración, traslación y rotación, por ello se mueven rápidamente en cualquier dirección. No posee volumen y forma definida y adopta el tamaño y la forma del recipiente que lo contiene. A medida de que el volumen se dilata o se contraiga, la densidad del gas disminuye o aumenta respectivamente debido a que su masa permanece igual. 

Plasma: Cualquier cuerpo en este estado se encuentra a temperaturas extremadamente altas, por ello los electrones se separan del núcleo dejando átomos dispersos para chocar entre sí. El plasma es una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, por ello es de carga neutra. Más del 99% del universo se encuentra en estado plasmático.

Condensado Bose-Einstein: Este estado, también llamado “cubo de hielo cuántico”, fue descubierto por Eric Coronell y Carl Wieman cuando enfriaron un gas a una temperatura cercana al cero absoluto, debido a ello los átomos del gas perdieron energía y movimiento vibratorio, uniéndose entre sí para formar un “superátomo”, más denso que un cuerpo en estado sólido. Su nombre se debe a la predicción de los científicos Albert Einstein y Satvendra Nath Bose.

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Ramas de la química III

Bioquímica: 

Esta rama estudia la química de la vida y actúa como puente que enlaza la química y la biología, en otras palabras, estudia la estructura, organización, propiedades y funciones de los componentes que conforman la materia viva (bioquímica descriptiva), así como las transformaciones y reacciones químicas en sistemas biológicos y los efectos de dichos procesos para el mantenimiento de la vida (bioquímica dinámica). En síntesis, se encarga del estudio de lo que comprende la biología desde una perspectiva química. 

Con respecto a su origen, es muy difícil establecer debido a que algunos científicos consideran que la bioquímica se inicia junto con la química orgánica cuando Friedrich Wöhler sintetiza urea a partir de cianato amónico destruyendo los pilares del “vitalismo” y sosteniendo que un producto de los procesos vitales de los seres vivos podía ser creado en un laboratorio a partir de materia inorgánica. Otros científicos sostienen que la bioquímica comienza junto con la enzimología con el descubrimiento de la primera enzima llamada diastasa por el científico francés Anselme Payen, cuya función es hidrolizar al almidón y descomponerlo en dextrina (oligosacárido) y después en glucosa (monosacárido). Se puede encontrar en la saliva humana y en la miel.

Esta rama es tan amplia que se subdivide en áreas de estudio y aplicación más específicas. Algunas de estas son:

Química Bio-orgánica: Se encarga del estudio de propiedades, estructura, función y síntesis de las biomoléculas orgánicas (carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos). También engloba el desarrollo y uso de metodologías modernas en biología y biomedicina. Se consideran fundamentales las propiedades del átomo de carbono, debido a que gracias a estas surgen muchas estructuras orgánicas que pueden ser clasificados bajo diferentes criterios. Dentro de esta área también se encuentra la enzimología, responsable del estudio de estas proteínas que actúan como biocatalizadores de varios procesos.

Algunos ejemplos de aplicación podrían ser el uso de reactivos reductores basados en metales de transición, obtención de enzimas mediante técnicas de ADN recombinante (ADN artificial formado in vitro por dos secuencias de ADN de dos organismos diferentes), preparación de aminas para ser aplicadas en organocatálisis (reacciones orgánicas catalizadas que no involucran metales o la biosíntesis de fármacos y moléculas con finales terapéuticos.

Xenobioquímica: Estudia el comportamiento de compuestos que rara vez están presentes en los organismos vivos, es decir, su estructura química usualmente no coincide con la de la materia viva, sin embargo, se les conoce como metabolitos secundarios por no poseer un rol directo en el desarrollo de un organismo. De igual modo, se involucra en el estudio de xenobióticos, compuestos sintéticos y artificiales, debido a esto no posee la misma composición que los seres vivientes, sin embargo estos pueden resultar beneficiosos debido a que son ampliamente utilizados para la elaboración de fármacos y pesticidas. 

Un buen ejemplo es el análisis de las micotoxinas, metabolitos secundarios producidos por hongos que pueden ser tóxicos y perjudiciales para las bacterias (algunas micotoxinas son utilizadas en la elaboración de la penicilina) y las plantas. Un caso del uso de xenobióticos podría ser el aldrín, un insecticida usado entre los años cincuenta y setenta en cosechas de maíz y algodón y en el año 1987 se utilizó para erradicar termitas. Actualmente su uso está prohibido.

Quimiotaxonomía: Se ocupa de la clasificación de los organismos vivos en base a sus diferencias y similitudes en su composición química. El botánico y nutricionista John Griffith Vaughan fue uno de los pioneros, es por ello que inicialmente la quimiotaxonomía solo comprendía el Reino Plantae.

Genética molecular: Estudia la función y estructura de los genes y ácidos nucleicos, así como el flujo de información genética en los seres vivos. De igual manera se relaciona con la enzimología para el estudio de las enzimas involucradas en procesos estudiados por la genética molecular.

De igual modo, también se ocupa de fenómenos que consisten en la alteración del código genético: las mutaciones. Estas pueden ser de carácter génico o puntual, en las que se producen cambios que alteran la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN, es así como el gen mutante se replica y transmite su información a la descendencia. La genética molecular también estudia las alteraciones cromosómicas, que se derivan en monosomías (síndrome de Turner) o trisomías (síndrome de Down, Klinefelter y el síndrome de la superhembra o triple X).

De igual modo, también se ocupa de fenómenos que consisten en la alteración del código genético: las mutaciones. Estas pueden ser de carácter génico o puntual, en las que se producen cambios que alteran la secuencia de bases de los nucleótidos del ADN, es así como el gen mutante se replica y transmite su información a la descendencia. La genética molecular también estudia las alteraciones cromosómicas, que se derivan en monosomías (síndrome de Turner) o trisomías (síndrome de Down, Klinefelter y el síndrome de la superhembra o triple X).

Un claro ejemplo es el proceso de replicación descrito por Watson y Crick, el cual utiliza las enzimas helicasas para romper los puentes de hidrógeno que unen las bases de las dos hebras de ADN, las cuales se replican para cada una formar una hebra complementaria y luego las topoisomerasas unen dichas hebras formando otra cadena de ADN de doble hebra. 

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Ramas de la química II

Química inorgánica: 

Realiza un estudio y análisis de los compuestos orgánicos dividido en áreas: propiedades, estructura, reacciones químicas en las que se involucran, los tipos de enlaces que forman y su composición. Los compuestos orgánicos son aquellos que no presentan el enlace carbono-hidrógeno en su estructura. Estos compuestos presentan ciertas características: Poseen puntos de fusión y ebullición elevados (no son termolábiles), son estables, solubles en solventes polares, buenos conductores eléctricos (en estado disuelto), participan en reacciones químicas instantáneas y presentan enlace iónico con mayor predominancia. 

Pueden ser de dos clases:

Binarios: En el caso de los óxidos metálicos, anhídridos (óxidos ácidos), peróxidos, hidruro, hidrácidos, sales haloideas, etc.
Ternarios: Por ejemplo los hidróxidos, sales oxisales, ácidos oxácidos (oxoácidos), etc.

Aplicaciones:

• Las rocas del cuarzo se utilizan en equipos ópticos y electrónicos por sus propiedades piezoeléctricas (posee conductividad cuando se suministra presión en la red cristalina), de igual modo sirve para la fabricación del vidrio, cemento y argamasa.
• El cloruro de sodio tiene un uso muy importante en la medicina. Debido a la deshidratación o al exceso de sudoración que produce una pérdida considerable de sales se fabricaron comprimidos de dicho compuesto. También se utiliza como solución salina intravenosa para personas con problemas de baja presión arterial, ya que esto a su vez origina un déficit de cloruro de sodio. De igual manera se requiere en la preparación de ungüentos oftálmicos para casos de inflamación o úlceras (queratitis) en la córnea del ojo.
• El ácido sulfúrico se utiliza como indicador o medidor de la capacidad industrial de los países. De igual manera, es necesario en la preparación de baños electrolíticos para la purificación y plateado de los metales no ferrosos. En la industria de fertilizantes, se utiliza cerca del 60% del total de producción de dicho compuesto para la elaboración del ácido fosfórico, este a su vez usado para la fabricación de fertilizantes como el superfosfato triple y fosfato monoamónico y diamónico (ambos obtenidos de la reacción de neutralización del ácido fosfórico y el amoniaco).

Química orgánica: 

Estudia la estructura, propiedades y composición de los compuestos que presentan el enlace carbono-hidrógeno. Los seres vivos están formados por la mayoría de estos compuestos orgánicos. 

Estos poseen las siguientes características: Están conformados por los elementos organógenos (C, H, O, N) y presentan con mucha frecuencia elementos como el azufre y el fósforo, presentan en su mayoría enlace covalente, es muy frecuente la propiedad de isomería, abundancia de dichos compuestos debido a las múltiples propiedades del carbono de formar enlaces simples, dobles o triples con otro carbono u otros elementos y de formar cadenas lineales y ramificadas (concatenación), son termolábiles (se descomponen fácilmente con el calor) y las reacciones en las que intervienen son muy lentas.

Aplicaciones:

• La parafina, cuyo nombre abarca a un grupo de hidrocarburos alcanos caracterizados por tener poca reactividad, es una sustancia resultante de la combinación de estos utilizada, principalmente, en la fabricación de velas. También es usada en el tratamiento de dolores musculares y enfermedades de alteración de cartílagos como la artritis (inflamación) o artrosis (destrucción).
• El famoso TNT (trinitrotolueno) es un compuesto orgánico aromático usado como un componente muy importante de varias mezclas explosivas. A diferencia de la nitroglicerina es insensible a la fricción y su temperatura de explosión es de 470°C, por lo que se requiere un detonador y disminuye el riesgo de accidentes. Fue utilizado en la Segunda Guerra Mundial para ser mezclado con nitrato amónico y formar amatol.
• El polietileno es un polímero obtenido del eteno (etileno) que posee poca permeabilidad al vapor de agua y peso ligero. Sus primeras aplicaciones se enfocaron como material aislante para los cables submarinos, en las instalaciones de radar y en algunos casos se ha utilizado como envoltura de los cables, reemplazando al plomo.

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Ramas de la química I

Fisicoquímica: 

Formula leyes y teorías de interacción y comportamiento de la materia. Establece relaciones de energía y fuerzas en reacciones y transformaciones de la materia. También proporciona información de las propiedades y características de sólidos, líquidos, gases y soluciones. La fisicoquímica proporciona un análisis de los cuerpos a nivel microscópico y macroscópico. Utilizan variables como velocidad, temperatura, concentración y presión, de igual modo utiliza el método experimental para la obtención de conocimiento. Se subdivide a su vez en:

Electroquímica: Estudia la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas. Algunas reacciones químicas producen efectos eléctricos de manera espontánea, en este caso se hace el uso de las celdas galvánicas para almacenar energía, y algunas reacciones son producidas debido a un suministro de energía a las celdas electroquímicas para producir corriente eléctrica.

Termoquímica: El sistema es una reacción química en la que se estudia al calor como componente de dichas reacciones y transformaciones físicas y químicas, ya sea como factor o como efecto de estas. Es por ello que la termoquímica se ocupa principalmente del intercambio de calor de un sistema con el entorno (sistema abierto).

Algunos aportes principales son:

• Alessandro Volta estudió el fenómeno de la conducción de la electricidad, descubrió y aisló el gas metano e inventó la celda eléctrica.
• Jacobus Henricus Van’t Hoff elaboró una fórmula en la cinética química que relaciona la velocidad y la temperatura de una reacción.
• Michael Faraday formuló las leyes de la electrólisis como producto de sus investigaciones de los efectos químicos de la corriente eléctrica.

Química analítica: 

Rama dedicada al desarrollo de métodos e instrumentos más eficaces y rápidos que sean utilizados para examinar la composición de la materia. Sus ámbitos de aplicación son muy variados: En la investigación obtiene información y relaciona propiedades físicas y químicas, en la industria se utiliza para el control de calidad de materias primas y productos manufacturados, en la medicina prevalece el análisis para diagnosticar enfermedades y en la farmacéutica investiga las propiedades de los compuestos de un medicamento y la reacción que desencadena en las personas.

Esta rama utiliza conceptos básicos fundamentales para su estudio:

Muestra: Porción limitada de materia en donde se desea encontrar a un constituyente determinado.

Analito: Es el constituyente del que se requiere información y datos como la identidad, pureza, cantidad y concentración.

Muestreo: Actividad destinada a la obtención de la muestra. Este proceso es muy importante ya que varios científicos y analistas cometen errores debido a varios factores que no se consideraron previamente (contaminación, oxidación, cambios en la humedad, etc.)

Utiliza dos tipos de análisis:

Análisis cualitativo: Identifica las sustancias encontradas en una muestra y sus propiedades, de igual modo determina la función o utilidad que estas puedan poseer en una aplicación química. También se ocupa de evaluar la calidad de aprovechamiento de los compuestos.

Análisis cuantitativo: Evalúa la cantidad, rendimiento y distribución de un elemento o compuesto al ser aplicado. Desarrolla métodos para determinar la concentración de las sustancias en una muestra.

Para esta rama, se utiliza el conocido método analítico, cuyos pasos consisten en:

• Definición del problema o incertidumbre. 
• Se plantea el tipo de análisis necesario y la escala de trabajo.
• Elección del método analítico y ejecución.
• Toma y transformación de la muestra.
• Adquisición y tratamiento de datos.
• Valoración de los resultados, en caso estos sean falsos, se requiere replantear el problema.

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La química y sus aplicaciones

Es la ciencia que se encarga del estudio de las propiedades, composición, y componentes, de la materia. Conformada por un conjunto de leyes y teorías que también describen y explican el comportamiento de la materia, su interacción, sus cambios y combinaciones. De igual modo, también realiza un amplio estudio de las reacciones en las que la materia se ve involucrada al transformarse unas sustancias en otras con la utilización o liberación de energía. En su etimología, es posible que la palabra química se haya originado del vocablo quemia (fusionar), o también de la palabra alquimia, ya que esta ciencia surge como producto de la evolución de la alquimia. La química es considerada la ciencia central debido a que varios expertos de diversos campos como la física, la biología, la geología, la medicina, la ingeniería o la astronomía usan esta ciencia para la resolución de problemas de gran índole. Por ello, dichos expertos deben tener conocimientos básicos de química. Esta ciencia se apoya en los fundamentos matemáticos y físicos, pero a su vez sirve de base para las ciencias biológicas. Sin embargo, esta no ha sido una definición constante ya que esta ha experimentado cambios a lo largo de los años:

• Robert Boyle sostenía que la química comprendía el estudio de los cuerpos mezclados.
• George Stahl la relacionaba con el funcionamiento de mezclas, compuestos o cuerpos.
• Jean-Baptiste Dumas afirmaba que la química estaba comprendida de leyes y efectos de las fuerzas moleculares.
• Finalmente en 1988, el profesor Raymond Chang le otorgó la definición de “estudio de la materia”.

Aplicaciones: 

La química es imprescindible para la vida humana, sin ella, muchas de las cosas que conocemos y experimentamos no existirían y viviríamos en una civilización totalmente diferente a la que conocemos. La química posee diversas aplicaciones en varios campos científicos y también ha colaborado con el desarrollo y evolución de estos a lo largo del tiempo.

En la medicina:

Sus conocimientos son utilizados para la elaboración de medicamentos con agua oxigenada, yodo, bicarbonato de sodio, hidróxido de aluminio, nitrato de plata, clorato de potasio, etc. También permite la fabricación de productos de limpieza, plástico para las jeringas, prótesis, cápsulas, envases, bolsas de sangre y de suero, guantes de látex, hilo quirúrgico para las operaciones, anestesia, etc. De igual manera, ayuda de manera indirecta al tratamiento de enfermedades como la diabetes mediante inyección de insulina o fármacos hipoglucemiantes orales; o con la insuficiencia renal, cuyo tratamiento deriva en el uso de filtros para la hemodiálisis o el uso del catéter, dispositivo con forma de tubo que puede ser introducido dentro de una vena o tejido para el drenaje de los líquidos para aplicar la inyección de otros fármacos. También se debe considerar el uso de nanopartículas, que transportan los fármacos a las células diana o blanco.

En la biología: 

La química colabora con el análisis y estudio de cambios y propiedades de la materia viva a nivel molecular o atómico y los procedimientos metabólicos de los seres vivientes. Tal es el caso del proceso anabólico de las fotosíntesis en las plantas, los ácidos nucleicos de las células, la transferencia de información genética, la secuenciación del genoma, la digestión de alimentos, la respiración aeróbica y anaeróbica, la estructura y características de los monosacáridos (base para los carbohidratos), de los péptidos (base de las proteínas), y los nucleótidos (para los ácidos nucleicos), el agua y las reacciones que la involucran y que se llevan a cabo en los organismos vivientes, estudio de las enzimas por la cinética química, debido a que son proteínas con función de catalizadores naturales, la transmisión de calor en un sistema termodinámico, etc.

En la industria: 

Industria petroquímica: Fabricación de petróleo y sus derivados, del gas natural, fabricación de combustibles y de carburantes (sustancia o compuesto orgánico mezclado con un gas usado para motores de explosión y de combustión interna). También se obtiene resinas de metanol (fabricación de gomas, plástico, y detergentes) y poliuretanos (fabricación de colchones y plástico).

Industria de alimentos: Fabricación de aditivos como la linaza en el pan integral (proteína combinada), colorantes, aromatizantes, edulcorantes, antibacterianos, formación de manteca de cacao, de vaca y de cerdo, aceite de oliva y de ricino, etc.

Industria cosmética: Uso de la glicerina para la elaboración de jabones, cremas hidratantes y lubricantes, el gel de sílice, forma granular del dióxido de silicio, utilizado para reducir la humedad en espacios cerrados, el benzoato de sodio combinado con el sorbato de potasio retrasa la aparición de hongos y bacterias en cremas y lociones, el uso de la vaselina para la elaboración de cremas hidratantes y cicatrizantes, etc.

Industria metalúrgica: El uso de mercurio para la fabricación de termómetros o para formar amalgama con el oro y por destilación separar la ganga del mineral valioso, la formación de escorias con calcita y cuarzo para la obtención del hierro, el proceso de lixiviación del oro, el cual consiste en la obtención de solutos con un disolvente líquido y resulta más económico y eficaz.

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Física cuántica II

Principales aportes a la física cuántica:

Solución al problema de la radiación electromagnética. Max Planck descubrió que esta era emitida por cuerpos negros en forma de cuantos de energía. A su vez introdujo la constante de Planck, y llegó a la conclusión de que en cualquier átomo se emite radiación electromagnética en forma de cuantos. Algunos difieren de otros en tener poca o mucha energía, pero la mayoría la presenta en cantidades medias. Al igual que esta radiación, los rayos X, la luz y otras ondas también son emitidos en paquetes o cuantos.

Solución al problema de la inestabilidad de los átomos clásicos. Después de que Rutherford descubriese la existencia de neutrones en el núcleo atómico, Niels Bohr sostuvo que las órbitas se encuentran como capas, cada una con un limitado número de electrones. Esto proporcionaba estabilidad a un átomo. Los átomos estables se combinan entre sí para formar moléculas en las que comparten electrones lo que les permite, aparentemente, llenar sus órbitas.

Ecuación de Erwin Schrödinger y los números cuánticos. Fue desarrollada en 1925 para descubrir el comportamiento de objetos cuánticos. Dicha ecuación considera las siguientes partes: 

• Un núcleo atómico que concentre la mayor parte del volumen atómico.
• Los niveles energéticos de distribución de electrones.
• La dualidad onda-partícula.
• Probabilidad de encontrar al electrón.

La solución de esta ecuación da origen a los famosos cuatro números cuánticos, valores numéricos que proporcionan características más precisas de la posición de los electrones. Ningún electrón puede tener los mismos números cuánticos que otro. Estos números son:

Número cuántico principal (n): Indica el nivel energético en el que se encuentra el electrón. Determinado por la distancia en la que se encuentra con respecto al núcleo, a mayor número que represente dicho nivel, mayor distancia de lejanía se encontrará con respecto al núcleo. Se representa con números: 1, 2, 3, 4,…, n.

Número cuántico secundario (l): Indica el subnivel energético. También es conocido como el número cuántico del momento angular orbital. Se representa con estos números: 0, 1, 2,…, n-1.

Número cuántico terciario (m): Expresa la orientación del orbital en el espacio. Cada orbital posee un par de electrones como máximo. Representado por estos números: -l…o…+l. El número l tiene como máximo valor a 3.

Número cuántico de espín (s): El número de espín o de giro da a conocer el sentido de rotación del electrón. Solo hay dos valores: +1/2 y -1/2.

Comportamiento ondulatorio de la materia. Louis de Broglie se basó en la explicación del fenómeno fotoeléctrico establecido por Einstein y siguiendo la dualidad onda-corpúsculo de la luz, sostenía que las partículas subatómicas también tenían movimiento ondulatorio. También sostuvo que a los electrones se les asignaba un número orbital y de energía, tal como la vibración de ondas. Es por ello que creó una fórmula en la que se asignaba una longitud de onda a los electrones. En esta fórmula, la constante de Planck es igual al producto de la longitud de onda y el momento de una partícula.

La interpretación de Copenhague. Elaborada principalmente por Niels Bohr, se le llamó así por la ciudad danesa en la que residía tal científico. Incorpora el principio de incertidumbre y establece que no es posible conocer la posición y el momento de una partícula en el presente y de manera simultánea, pero las leyes de la mecánica cuántica aseveran que es posible conocer dicha información por separado y con referencia a un momento del pasado. También formuló el llamado principio de complementariedad que sostenía que dos propiedades complementarias de un cuerpo no se miden con total exactitud o no se pueden percibir al mismo tiempo. Cuanta más información precisa se obtenga de una de las propiedades, menos se obtendrá de la otra. Un ejemplo adecuado es la dualidad onda-partícula, podemos conocer el comportamiento ondulatorio o corpuscular por separado, pero no al mismo tiempo.

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