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La Química: Una Ciencia Transformadora
Química General (Código ZQ0201)
Oscar Ortega R.
12 Agosto 2009
Título: Química, una ciencia transformadora
Contenido• Relación de la Química con los procesos productivos, medicina,
farmacología y con los combustibles en la producción de energía.
• Toxicidad de las sustancias químicas, su impacto ambiental y su relación con la actividad socio-económica de Chile.
• El laboratorio de Química General, su implementación básica y normas de seguridad mínimas.
• Teoría del Big-Bang, que explica el origen del Universo.
• Formación de galaxias, nacimiento de estrellas y sus etapas, hasta explicar el origen de la Tierra y la naturaleza de su composición química.
• Aprendizajes esperados
Reconoce que la química es una disciplina científica fundamental para la actividad productiva
Química: una ciencia del siglo XXI
La química es el estudio de la materia y de los cambios que experimenta:
• Se le considera como la ciencia central.
• La química es fundamental para nuestro estilo de vida.
• Automóviles, electricidad, computadoras, discos compactos (CD) y muchos otros productos tecnológicos han sido desarrollados gracias a los aportes directos de la química.
• Los fundamentos modernos de la química se instituyeron en el siglo XIX.
• En el siglo XX ocurre el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología.
• Los químicos pueden analizar la estructura de los átomos y las moléculas. (Atomic Force Microscopy; Scanning Electron Microscopy)
• La química permite diseñar nuevas sustancias con propiedades específicas (fármacos).
Salud y medicina • las medidas de salud pública (proteger de
enfermedades infecciosas a gran cantidad de gente).
• la cirugía con anestesia que permite curar casos potencialmente fatales.
• la introducción de vacunas y antibióticos que permiten prevenir la diseminación de enfermedades microbianas.
• La terapia génica promete ser la cuarta revolución en la medicina.
• Fibrosis quística y la hemofilia, son ocasionadas por un daño heredado a un solo gen.
• En la terapia génica, un gen sano seleccionado se introduce a la célula de un paciente para curar o aliviar estos trastornos.
Corazón artificial
Industria Farmacéutica
Fármacos potentes con pocos o nulos efectos colaterales para tratar el cáncer, SIDA y muchas otras enfermedades.
Fármacos para aumentar el número de trasplantes exitosos de órganos.
Adelantos en el conocimiento de los mecanismos del envejecimiento.
• Reflexión
¿Cuál es el papel de la química como la ciencia del siglo XXI?
La energía y el Ambiente Actualmente las principales fuentes de energía más comunes son los combustibles fósiles .
Cada año la superficie de la Tierra recibe de la luz solar alrededor de 10 veces la energía contenida en todas las reservas conjuntas conocidas de carbón, aceite, gas natural y uranio.
Utilización de la luz solar
Transformación directa de la luz solar en electricidad mediante el uso de dispositivos denominados celdas fotovoltaicas.
Utilizar la luz solar para obtener hidrógeno a partir del agua. El hidrógeno generado alimenta posteriormente a una celda combustible para generar electricidad.
Se proyecta que para el año 2050 la energía solar contribuirá con poco más del 50% para satisfacer las necesidades energéticas del mundo.
Fisión y Fusión nuclear
•El futuro de la industria nuclear en Estados Unidos de América es incierto. •Los químicos pueden ayudar a desarrollar mejores métodos para la eliminación de los desechos nucleares. •La fusión nuclear genera enormes cantidades de energía sin producir demasiados desechos radiactivos peligrosos. •Dentro de unos 50 años, la fusión nuclear probablemente será una fuente sustancial de energía.
Daño Ambiental por el Uso de Combustibles fósiles
Los combustibles fósiles al quemarse desprenden dióxido de carbono (gas de invernadero ), dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, (producen lluvia ácida y esmog).
El aprovechamiento de la energía solar no tiene tales efectos dañinos para el ambiente.
SMOG FOTOQUÍMICO
LLUVIA ÁCIDA
Inversión térmica
Acciones a seguir:
Los automóviles que consuman un combustible eficaz y que estén provistos de convertidores catalíticos más eficientes, ayudarán a reducir en forma drástica las emisiones y a mejorar la calidad del aire.
Deberá predominar el uso de automóviles eléctricos equipados con baterías de larga duración, con lo cual también disminuirá la contaminación del aire.
¿Qué otros avances tecnológicos se esperan para el futuro inmediato? (superconductores a temperatura ambiente).
Alrededor del 20% de la energía eléctrica entre la planta de energía y el hogar que se transporta por cables de cobre, se pierde, en forma de calor. Los superconductores son materiales que no tienen resistencia eléctrica y, por tanto, pueden conducir la electricidad sin pérdida de energía.
• La química ha sido importante en el diseño y la síntesis de nuevos materiales que prometen ser útiles.
• En la década de 1980 se logró un avance en la fabricación de materiales superconductores a la temperatura ambiente.
• Superconductores de alta temperatura aplicados a gran escala en imágenes de resonancia magnética (RMN), en trenes elevados y en fusión nuclear.
El microprocesador: diminuto chip de silicio que dirige la constante revolución de las computadoras.
La eficiencia de un microprocesador se juzga por la velocidad con la que hace operaciones matemáticas, como la adición. Los microprocesadores han duplicado su velocidad cada 18 meses. Su calidad depende de la pureza del chip de silicio y de la habilidad para añadir la cantidad necesaria de otras sustancias (Dopar).
Computación molecular
Consiste en reemplazar el silicio con moléculas. Las ventajas de esto son que a ciertas moléculas se les puede inducir para que respondan a la luz y no a los electrones, de tal manera que en vez de computadoras electrónicas se tendrían computadoras ópticas.
El Universo comenzó a formarse hace unos 15.000 millones de años de acuerdo a la Teoría del BIG-BANG, llamada también Gran Explosión o Tiempo Cero
El universo solo era una masa densa,
compacta y minúscula en la que la Energía y
la Materia se fusionaban en un
estado único e incomprensible.
“Toda la materia, el tiempo y el espacio estuvieron originalmente condensados en un punto de altísima densidad desde donde, tras una tremenda explosión, inició su expansión”
Teoría del Big-Bang
Después la masa hizo una explosión. Se formaron partículas de materia y antimateria que siguieron expandiéndose y liberando grandes cantidades de energía cuando chocaban
Después del Big Bang se formaron grandes nubes de materia que poco a poco las partículas fueron atraídas por la gravedad y formaron conjuntos más grandes
Muchos de estos conjuntos crecieron y sus centros se hicieron densos y calientes, con reacciones Termonucleares que abastecen de luz a estos cuerpos
Descubrió que había millones de galaxias en el Universo y que estas se alejan de nosotros a velocidades enormes
(1920) Ewin Hubble
comprueba que el Universo se esta expandiendo.
(1920) Ewin Hubble
En 1965, se encontró que de todas partes del universo llega a la tierra una radiación que corresponde, al parecer a los restos de una gran explosión que tuvo lugar hace unos 10 a 15 mil millones de años.
Arno Penzias y Robert Wilson 1978
La temperatura era tan alta tras el Big Bang que solo existían protones y electrones, que intercambian radiación. Al bajar la temperatura se formaron átomos neutros y mucha radiación quedó libre
Ambos descubridores recibieron el Premio Nóbel de Física por la detección de la “Microonda Cósmica”.
Abundancia constante de elementos
La abundancia de hidrógeno en el sol es de un 87% al igual que en un enorme número de estrellas, es decir la abundancia de los elementos químicos del universo es constante
Abundancia constante de elementosAdemás la proporción de los diferentes isótopos son constantes en diversas regiones del universo, lo que apunta a que esto tuvo un único origen: La gran explosión
Ciclo del protón
Las enormes temperaturas que se dieron después de la gran explosión originaron procesos de fusión nuclear. Dos núcleos a alta velocidad pueden fundirse en uno solo, liberándose una gran cantidad de energía
Ciclo del protón
eHHH 01
21
11
11
Ciclo del protón
El deuterio puede chocar con otro protón, generándose helio ligero:
HeHH 32
21
11
Ciclo del protón
Dos núcleos de helio ligero chocan formando helio ordinario y dos protones libres:
HHeHe 11
42
32 22
Ciclo del protónMinutos después de la gran explosión, el universo contenía 30% en peso de helio. Así mismo, se formó una proporción menor de núcleos pesados. Con el enfriamiento cesaron las reacciones de este tipo.
Nucleosíntesis estelar
Después de millones de años, los átomos de hidrógeno y helio formados en el Big bang dieron orígen a las primeras estrellas, las cuales se compactaron debido al efecto de la gravedad
Nucleosíntesis estelar
La compresión hace que la protoestrella se caliente. Al alcanzar temperaturas de 10 millones de Kelvin, mediante la fusión se genera helio a partir de hidrógeno y se libera gran cantidad de energía (sol)
Formación del hierro
Cuando una estrella agota su hidrógeno, se enfría y se comprime por gravedad. La temperatura al centro aumenta y los núcleos de helio se funden para formar elementos más pesados (hierro).
Enanas blancas o negras
En la etapa final de la vida de una estrella se agota su fuente de energía. El hierro se comprime y forma una enana blanca o enana negra.
Nucleosíntesis estelar
Las estrellas más masivas, aún que el sol, concluye con un fenómeno de inestabilidad que las conduce a una explosión.
Formación de una supernova
En el centro de la estrella la gravedad es tan alta que hierro y electrones se funden y forman una estrella de electrones. La presión y la temperatura originan una explosión estelar o Supernova
Fin de una estrella
La reacción nuclear es:Fe + n0 = Elemen. Pesados
La estrella muere y se producen núcleos más pesados que el hierro. Todo se dispersa en el espacio y puede originar un sistema planetario, como ocurrió con nuestro sistema solar
