respuesta al comentario en: COMPRENSIÓN DEL EQUILIBRIO QUÍMICO Y DIFICULTADES EN SU APRENDIZAJE. Anto M

Tabla resumen resultados de la investigación.

Pregunta.	Intención de la pregunta.	Resultados obtenidos.
«¿Porqué algunas sustancias reaccionan entre sí y otras no lo hacen?	se quiere poner a prueba si los estudiantes saben que el problema estructurante que trata de resolver la idea de equilibrio químico es el de conocer las causas mediante las cuales explicamos por qué las sustancias reaccionan o interaccionan entre sí y dejan de hacerlo a pesar de que puedan seguir estando en el sistema químico.	ninguno de los estudiantes estableció relación entre la idea de equilibrio químico y la no reactividad de las sustancias, si bien el 19% de estos estudiantes dio alguna justificación de tipo energético. Por ejemplo, el siguiente razonamiento basado en el cambio de entalpía: que la reacción suponga, al menos durante cierto tiempo, una manera de estabilización energética basada en la disminución de la energía potencial del sistema. Así si el O2 y el H2 reaccionan es solamente porque en el transcurso de la violenta reacción, se produce un desprendimiento de energía, que posibilita la estabilidad. Por otra parte el 20% de los estudiantes expresó razonamientos basados en la semejanza de las sustancias o la complementariedad de ellas, como por ejemplo en el siguiente caso: «Algunas sustancias reaccionan entre sí, porque poseen propiedades que se complementan. Las fuerzas de atracción entre los electrones y protones de los átomos de los compuestos juegan un papel decisivo. Así, una sustancia que es muy electronegativa reaccionará ampliamente con una sustancia que no lo sea, un metal por ejemplo. Se producen reacciones entre los átomos de un elemento y los átomos de otro, como consecuencia de atracciones y repulsiones. La mayoría de las respuestas, 54%, se inclina por asociar la causalidad de las reacciones químicas a la unión entre átomos (tendencia a la formación de enlaces). Aquí se presenta una superposición entre los niveles macro y micro puesto que los alumnos identifican sustancia con átomo y tratan de justificar la formación de compuestos con la formación de enlaces entre átomos (para ellos, sustancias simples) y forman sustancias (compuestos) que identifican con moléculas. Por ejemplo en la siguiente respuesta: El hecho de que una sustancia reaccione con otra es debido a sus electrones de valencia. Dos sustancias reaccionan para formar un compuesto o molécula más estable. Para conseguir la mayor estabilidad deben intentar alcanzar la estructura de gas noble, es decir completar su última capa de valencia.
Menciona, como mínimo, dos ejemplos de equilibrios químicos que creas que tengan interés	se trata de conocer el grado de percepción que los alumnos tienen de las relaciones CTS del tema de equilibrio químico. Si el alumno ha estado motivado con el estudio del equilibrio químico, le será fácil dar respuestas rápidas y claras, de lo contrario tendrá dificultad para evocar algún ejemplo.	Solo el 8% de los estudiantes mencionó dos ejemplos de equilibrios quí- micos, el 48% mencionó un ejemplo y los demás, (44%), no lograron mencionar ningún ejemplo. Uno de los dos ejemplos más citados y que corresponde a una de las respuestas más explícitas que ha dado la muestra es la siguiente: Pues creo que es un equilibrio químico lo del ozono, la formación y destrucción del ozono. Que es interesante porque es lo que nos protege. Esta respuesta es, pues, representativa de las de mejor calidad dado que, al menos, relaciona la idea de equilibrio con la existencia de dos procesos antagónicos (formación y destrucción del ozono). En el análisis de las respuestas se ha visto que, en general, los estudiantes no conocen en profundidad ninguno de los ejemplos citados.
Explica, tan extensamente como necesites, ¿qué es un equilibrio químico para ti?	se pretende detectar qué ideas usan los alumnos en su argumentación sobre el concepto de equilibrio químico y conocer qué características y condiciones del estado de equilibrio mencionan los estudiantes en sus explicaciones.	Se encuentra un bajo porcentaje de alumnos (8%) que tienen claro cuáles son las características macroscópicas de una situación de equilibrio (proceso reversible y composición constante), como se puede ver en el siguiente ejemplo: Pues cuando tenemos unas reacciones que son reversibles, que no se descomponen del todo sino que pueden, dependiendo del ambiente o del medio, volver otra vez al estado primario, pues cuando se encuentran en equilibrio es cuando ya no hay más reacción, cuando ya han llegado a un límite donde se encuentran en la proporción exacta en la que deben estar, entonces se mantiene y ya no se cambia la reacción, ya no va hacia un lado ni hacia otro sino ya se mantiene. Igualmente se encuentra bajo el porcentaje de alumnos (8%) que, además de considerar las características macroscópicas, explican microscópicamente el carácter dinámico del equilibrio, por ejemplo en la siguiente respuesta: Pues el equilibrio es que se descompone la misma cantidad de productos que de reactivos, o sea, se van transformando al mismo nivel y a la misma velocidad productos y reactivos, entonces siempre hay la misma concentración de unos y de otros. Se entiende que al decir que se siguen transformando a la misma velocidad productos y reactivos se está pensando en las interacciones entre partículas. Aparece una categoría de respuestas (13%) que presenta la tendencia de los estudiantes a identificar el equilibrio con la constante de equilibrio, es decir con la ley de equilibrio (expresión matemática) que han utilizado operativamente los alumnos para resolver los problemas cuantitativos. Se trata de un aprendizaje memorístico de la ley de equilibrio (se asocia la idea cualitativa de equilibrio con la definición operativa de la constante de equilibrio), ya que desde la enseñanza se hace una introducción operativa del concepto carente de significado químico. Un ejemplo es la siguiente respuesta: Pues un equilibrio quí- mico es una forma de expresar en qué relación deben estar los reactivos y los productos para formar las cosas... Otra categoría de respuestas que aparece (13%), corresponde a la idea subyacente en los alumnos de que el equilibrio consiste en la posibilidad del desplazamiento del sistema en equilibrio, producto de un aprendizaje memorístico del principio de Le Chatelier. Veamos un prototipo de respuesta donde se observa esto: Pues, en todos los equilibrios químicos pienso que debe de haber una temperatura, una presión, un volumen constantes, deben de ser constantes porque si no, no tendría sentido la palabra equilibrio, tienen que ser constantes, luego siempre debe de haber la misma posibilidad de que un reactivo se convierta en producto y que un producto se convierta en reactivo y eso significa que están en equilibrio, la misma palabra lo dice, hay tantas posibilidades de que pase una cosa como la otra, por eso se encuentran en equilibrio. Las otras categorías corresponden a las respuestas que solamente mencionaron una característica macroscópica, la existencia de un proceso reversible (8%) o la composición constante del sistema (29%), y respuestas consideradas incodificables (21%).
«El gas pentacloruro de fósforo, PCl5 , se descompone a 30ºC en los gases tricloruro de fósforo, PCl3 , y cloro, Cl2 . La reacción se lleva a cabo en un erlenmeyer cerrado. Al cabo de un tiempo se comprueba que aún hay bastante PCl5 sin descomponer y que esta cantidad se mantiene. ¿Cómo se explica que la descomposición del PCl5 no continúe si el sistema sigue estando a 30ºC?	se busca ver la capacidad de los estudiantes para relacionar el comportamiento macroscópico del sistema en equilibrio con la explicación microscópica del mismo.	Se encuentra muy bajo el porcentaje de estudiantes (7%) que relacionan el comportamiento macroscópico del sistema en equilibro con una explicación microscópica. Con el fin de bajar el nivel de exigencia en las respuestas de esta categoría, consideramos también aceptables aquellas respuestas que solo hagan mención de la igualación de las velocidades de los dos procesos antagónicos o el carácter dinámico del equilibrio (aunque no hagan mención explícita del modelo elemental de reacción). Por ejemplo la siguiente respuesta: Porque se ha alcanzado el equilibrio en la reacción; existe la misma cantidad de PCl5 que se descompone en PCl3 y Cl2 que la cantidad de PCl3 y Cl2 que reaccionan para formar PCl5 (es decir, la reacción se desarrolla en ambos sentidos a la misma cantidad y velocidad). Aparece un número considerable de respuestas (52%) que sólo tienen en cuenta la explicación macroscópica en el sentido de que las sustancias reaccionan hasta alcanzar un estado final de equilibrio en el cual el sistema no cambia aunque quedan sustancias que pueden interaccionar (ideas de reacción no total y constancia de la composición). Por ejemplo la siguiente respuesta: Esto quiere decir que el sistema ha alcanzado el equilibrio. Al descomponerse en un erlenmeyer cerrado a 30ºC el compuesto no se descompone en su totalidad, sólo se descompone hasta que el gas alcance la presión que hay en el recipiente. Las demás respuestas se pueden considerar incodificables, ya que no aportan ninguna explicación válida. Por tanto, se observa que la enseñanza debe insistir más en el tratamiento cualitativo de la situación de equilibrio.
Se hicieron varios experimentos a determinada temperatura para determinar la constante de equilibrio, K, de la reacción N2 O4(g) →← 2NO2(g). Se encontró que el valor de K es 0,2. Explica qué significa este valor de la constante de equilibrio	se trata de detectar qué significa para los alumnos el valor de la constante de equilibrio.	Se encuentra muy bajo el porcentaje de estudiantes, 11%, que expresan el significado correcto de la constante de equilibrio en cuanto hacen alguna referencia a la extensión de la reacción directa frente a la extensión de la reacción inversa, por ejemplo la siguiente respuesta: Que el equilibrio no está muy desplazado en ninguno de los dos sentidos y que no tiende a irse hacia ninguno de los lados en particular. En cambio aparece un elevado número de respuestas, 72%, que muestra la visión operativa que tienen los estudiantes de la constante de equilibrio K, bien haciendo referencia a la relación entre cantidades de productos y reactivos como en el siguiente caso: Que la cantidad de productos es casi igual a la de reactivos y por eso da 0,2, no hay mucha diferencia entre las dos, o bien refiriéndose más concretamente a la expresión matemática de K: Al hacer el valor de K el segundo término va al cuadrado y por eso es menor que el primero, porque da 0,2 que es la división entre el segundo al cuadrado dividido el primero. Entre las demás respuestas, unas identifican la constante de equilibrio con la velocidad de reacción, por ejemplo en el siguiente caso: Pues el valor este quiere decir que más o menos van a la misma velocidad hacia el producto que hacia el reactivo o sea que más o menos se va consumiendo lo mismo que se produce, y otras identifican K con la concentración de las sustancias, por ejemplo: Supongo que será a cada temperatura los moles que reaccionan son esos por cada litro de mezcla.
«La ley del equilibrio quí- mico se aplica a cada reacción química y se concreta en la denominada ‘constante de equilibrio’. ¿De qué factores crees que depende esta constante de equilibrio?	se quiere valorar si los estudiantes saben que la constante de equilibrio depende de la naturaleza de las sustancias que interaccionan (no sólo de los reactivos sino también de los productos) y, en particular, de la forma en que se simbolice la interacción sustancial y de la temperatura a la cual se realiza el proceso.	Se encontró que el 7% de los estudiantes consideran solamente la temperatura como factor del cual depende la constante de equilibrio. Con el fin de ser más amplios en la aceptación de las respuestas consideramos estas respuestas correctas suponiendo que llevan implícito el conocimiento del esquema de la reacción (de hecho, todos los estudiantes utilizan el esquema de reacción cuando tienen que hacer cálculos de equilibrio químico). Veamos una respuesta prototípica de esta categoría: La Kc depende únicamente de la temperatura. Por otra parte, un alto porcentaje de estudiantes, 45%, considera que la constante de equilibrio depende de la concentración de las sustancias y de otras variables (el 33% incluye la temperatura), es decir existe en los estudiantes la idea de que K no es una constante sino una función de otras variables como se puede observar en la siguiente respuesta: La constante de equilibrio depende prioritariamente de la concentración de las sustancias que toman parte en una reacción química (reactivos y productos). Pero a su vez la concentración depende de otras variables o magnitudes físicas como el volumen, la cantidad, etc.». Las demás respuestas son algunas que no mencionan ni la temperatura ni la concentración, como por ejemplo: Un 116 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2003, NÚMERO EXTRA factor del que depende son los catalizadores, estos son la velocidad de la reacción con que llegan al estado de equilibrio», y otras respuestas que mencionan la temperatura y otras variables pero no la concentración. Consideramos importante destacar que, del total de respuestas, el 32% no tiene en cuenta la temperatura debido probablemente a un caso de reducción funcional que lleva a los estudiantes a considerar que K no depende de la temperatura, porque la temperatura no aparece en la fórmula de K (Viennot, 1992). De la misma manera, el alto número de respuestas que consideran que la constante de equilibrio depende de la concentración puede deberse a un caso de fijación funcional, al considerar a K como una función de las variables que aparecen en su fórmula matemática y no como lo que realmente es, una constante. Como se ha podido observar, los estudiantes aprenden muy poco sobre el significado cualitativo de la constante de equilibrio en cuanto al grado de avance de la reacción directa respecto al grado de avance de la reacción inversa, a una temperatura determinada, y lo mismo, muy poco aprenden sobre el campo de validez de K, pero en cambio aprenden bien la definición operativa de la constante de equilibrio y su aplicación en problemas cuantitativos, como consecuencia del operativismo imperante en la enseñanza de la química.
«Empleando un razonamiento diferente al del principio de Le Chatelier, cómo puedes explicar el sentido de evolución del equilibrio PCl5(g) →← PCl3(g) + Cl2(g), si agregamos PCl5(g) al sistema a V y T constante?	se trata de verificar si el alumno utiliza alguna estrategia diferente al principio de Le Chatelier para explicar el efecto de un cambio de concentración sobre un sistema en equilibrio. Se ha elegido esta perturbación del equilibrio por ser la más sencilla de razonar desde el punto de vista cinético y donde es común que se presente la fijación funcional de dicho principio, como forma de razonamiento, que puede estar basada en una metodología de sentido común caracterizada por la certidumbre, por contestaciones rápidas y seguras, por la ausencia de dudas en sus razonamientos y la no consideración de soluciones alternativas (Furió, 1997).	Solamente el 6% de los alumnos utilizó la teoría de los choques eficaces para explicar sus respuestas, veamos el siguiente ejemplo: Al haber más concentración de las moléculas de pentacloruro hay más posibilidad de que choquen entre ellas y de que choquen con las demás partículas del equilibrio, por eso va la reacción hacia la derecha, porque al haber más choques se dividen las moléculas, al haber más moléculas es más fácil que choquen para que se dividan, la frecuencia es mayor. Con este bajo porcentaje, nuevamente se confirma que los estudiantes no establecen relación entre el comportamiento macroscópico de un sistema en equilibrio y la reversibilidad microscópica. Un número considerable de alumnos, 46%, utiliza correctamente como estrategia la comparación de la constante de equilibrio con el cociente de reacción para explicar el efecto del cambio de concentración sobre el sistema en equilibrio, por ejemplo en la respuesta: Si se le añade PCl5 , entonces la Q tiene que ser menor que la constante de equilibrio, entonces para que se compense los productos tienen que aumentar y entonces la reacción va para la derecha. A pesar de haberse solicitado en el enunciado utilizar una estrategia diferente al principio de Le Chatelier, un número apreciable de alumnos, 37%, lo utiliza en sus respuestas lo cual muestra la fijación funcional que tienen los alumnos en la utilización de este principio, veamos el siguiente ejemplo: El sistema evoluciona hacia la derecha porque aumenta la cantidad que se encuentra en la izquierda y entonces va hacia el otro lado y como el volumen y la temperatura pues son constantes, tiene que ir en esa dirección. Las demás respuestas se clasificaron como incodificables por no corresponder a ninguno de los indicadores considerados como significativos.

22 cosas interesantes relacionadas con la química- Anto M

22 cosas interesantes sobre la química

1. El etileno es un gas producido por la fruta al madurar. Las naranjas son muy sensibles al etileno y se deterioran pronto.

2. El ácido butírico es responsable del desagradable olor de la mantequilla rancia.

3. El lápiz de labios se elabora con cera de abeja y aceite. El aceite suele ser de ricino.

4. La fructosa (azúcar de las frutas) es más dulce que la sacarosa (azúcar de caña).

5. Los jugos gástricos del estómago tienen un pH de 1,6 a 1,8. Son más ácidos que el zumo de limón (2,1).

6. El timol se emplea en la conservación de libros para combatir los hongos. Presente en la naturaleza en el tomillo y el orégano, dos hierbas aromáticas muy usadas para cocinar. 

7. La mioglobina es el pigmento responsable del color de la carne roja. La carne de un animal más viejo será más oscura. 

8. La miristicina es un alcaloide tóxico presente en la nuez moscada que puede causar alucinaciones. 

9. El geraniol es un alcohol natural fragante presente en flores como geranios y rosas. Las abejas lo usan para marcar las flores con néctar. 

10. El tungsteno se usa como filamento en las bombillas. Su nombre deriva del sueco tung sten, que significa "piedra pesada". En cuanto a los tubos de neón, el nombre de este elemento empezó a usarse en Nueva York y significa "nuevo".

11. Un nombre químico correcto para el agua es monóxido de hidrógeno

12. Si condensas el oxígeno en forma líquida o sólida, tendría un color azul

13. La única letra que no aparece en la tabla periódica es la J

14. El cuerpo humano posee tanta cantidad de carbono como para hacer alrededor de 9’000 lápices

15. La mayoría de las aves no tienen receptores para la capsina, compuesto responsable de la sensación de calor cuando comemos picantes (¡en pocas palabras los pájaros no se enchilan!)

16. El alimento con mayor cantidad de carbohidratos (azúcares) es la papa

17. Las escamas de pescados son un ingrediente común en el lápiz labial (lipstick)

18. Un café expresso contiene menos cafeína que un café normal

19. Un gramo de limón contiene más azúcar que un gramo de fresa

20. Si enfrías agua de mar poco a poco,  puedes conseguir hielo que no contiene sal

21 La sangre de la langosta es incolora y si es expuesta al aire se torna azul

22. Un huevo fresco se hunde si lo pones en agua, un huevo podrido flotará

Ensayo PSU ciencias 2014

- Antonia Manríquez

Cohete químico

Materiales:

• Salfumán
• Bicarbonato sódico
• Una botella de refresco (preferentemente de 1,5 o 2 litros)
• Cinta adhesiva
• Cartón
• Tijeras
• Rotulador
• Un tablón de madera (si puede ser viejo o para reciclar), mínimo de 10 cm de lado.
• Un tornillo tres veces de largo lo que suponga de alto el tablón.
• Un tapón de corcho del tamaño de la boca de la botella de refresco

Procedimiento:

1 . Elaboración del dispositivo:

Atornillamos en el centro del tablón el tornillo, a continuación enroscamos el corcho en el centro del tornillo que sobresale del centro del tablón, esto es lo que servirá de soporte.

Recortamos con las tijeras un triángulo rectángulo del tamaño de la mitad de la altura de la botella como mínimo, dibujamos con un rotulador la silueta de la botella, sobre la cual vamos a pegar el cartón, en el cateto más largo y la recortamos para que se ajuste mejor a la superficie de la botella.

El primer triángulo con la forma del borde de la botella sirve de molde para otras tres piezas que se tienen que recortar exactamente iguales, en total, habrá cuatro piezas. Con la ayuda de la cinta adhesiva los unimos a la botella de refresco de manera perpendicular a la superficie de la botella, de abajo a arriba, distribuidos equitativamente, aproximadamente, cada 90º.

2 . Lanzamiento del dispositivo:

Para esta operación hay que ponerse guantes.

En la botella introducimos el salfumán (unos cuatro dedos, la octava parte del volumen de la botella), que la dejaremos vertical y sin tapar al lado del tablón con el corcho atornillado.

Después ponemos el bicarbonato sódico en una porción de papel de cocina. Para ello, ponemos la porción de papel en el suelo y hacemos una distribución longitudinal (una raya) no demasiado generosa y doblamos por esta raya, haciendo una especie de rollito, como si de un cigarrillo se tratara. Procuraremos replegar los extremos para que no se salga el bicarbonato y a continuación lo introducimos en la botella (con cuidado). Para ello, pondremos la botella tumbada en el suelo, sólo la cogemos por la boca intentando que al introducir el rollito de papel con bicarbonato, no entre en demasiado contacto, lo haremos poco a poco, con cuidado. Una vez todo introducido, cogeremos el tablón y en esta misma posición, probaremos de presentar el tapón en la boca de la botella del dispositivo y de manera repentina apretaremos con decisión la botella con el tablón, quedando encajada la botella al tapón de tal forma que se aguante verticalmente. Nos apartamos rápidamente. El salfumán reaccionará con el bicarbonato y el cohete saldrá disparado hacia arriba. Variando proporciones de bicarbonato y salfumán conseguiremos que suba más o menos.

¿Qué sucede?

El salfumán es ácido clorhídrico relativamente concentrado, que es un ácido fuerte. Este reacciona con el bicarbonato que es una base:

HCl (aq) + NaHCO₃ (s) => NaCl (aq) + H2O (l) + CO₂ (g)

El CO2 que se forma es el gas resultante de la reacción química que impulsa el cohete hacia arriba. En el video podéis ver el resultado.

 

Mauricio Mejías Labra

http://www.quimicefa.com/426/cohete-quimico.html

Ensayo PSU ciencias 2015- Específica de química

- Constanza Labrín :D

Helio, el gas noble de lo cotidiano.

 

En el universo como un todo, el helio es uno de los elementos más comunes: sólo el hidrógeno lo supera en términos de abundancia. Sin embargo, en la Tierra es relativamente raro. Además, es uno de los pocos elementos a los que la gravedad no amarra, así que se fuga al espacio. "Pero el helio es único. Cuando se va, lo perdemos para siempre" (le dice a la BBC el químico Andrea Sella, del University College London (UCL)).
Es un gas noble, inerte, no reacciona con otras sustancias. La mayoría helio encontrado en la Tierra es el resultado de la desintegración de elementos radiactivos y las concentraciones más grandes de él han sido encontradas en campos de gas natural. Su punto de ebullición es -269ºC, más bajo que cualquier otro elemento. Es utilizado para el enfriamiento de imanes súper conductores en los escáneres IRM, fabricación de chips de computadora,en buceo, entre otros.

"En el futuro vamos a pensar: '¡no puedo creer que la gente usaba el helio para inflar globos, cuando es un elemento tan valioso y único!'", predice el químico de la Universidad de Cambridge Peter Wothers, quien ha llamado a terminar con los globos de helio para fiestas.
Sin embargo, prohibir su uso en los globos no sólo privaría a grandes y chicos de la mágica visión de esas bolas de colores flotantes, sino que pondría fin a esa tradición favorita de inhalar el helio de un globo y luego hablar con voz chillona, resultado del rápido movimiento de los átomos de helio.
Pero tal vez no sería malo, ya que esa gracia puede causar mareos, dolores de cabeza y, en raras ocasiones, incluso la muerte. El problema es que al inhalarlo, el helio desplaza al oxigeno de los pulmones y al hacerlo priva a los órganos vitales de este esencial elemento. El efecto es más marcado en el cerebro, que no puede resistir más de 5 a 6 segundos antes de que la persona pierda la consciencia. De ahí el peligro de sofocación, particularmente para niños pequeños.
Las historias alarmistas que pronostican el fin de un recurso u otro son un lugar común de pesimistas, pero en este caso, el mundo pudo darse una idea de lo que podría significar una escasez de helio.
Los fabricantes de semiconductores estadounidenses sabían que bajo los términos de una ley de 1996, la reserva de helio de Estados Unidos estaba legalmente obligada a cerrar el grifo el mes pasado.
Mucho antes, las campanas de alarma comenzaron a sonar. Las carencias en el suministro de todos modos se habían convertido en rutina.
"Durante la mayor parte del año pasado, hemos estado recibiendo sólo alrededor del 80% del helio que compramos", señala Rodney Morgan, de la firma de microprocesadores Micron Technology de Estados Unidos.
Pero ante la posibilidad de que se suspendiera el suministro, fue tal el pánico en la industria de la informática y otras, que la legislación para evitar esta crisis fue incluida entre un puñado de propuestas aprobadas a toda prisa por el Congreso estadounidense en la víspera del reciente cierre del gobierno de Estados Unidos.
Si bien "la crisis del helio" se pudo evitar en esa ocasión, va a tomar tiempo para que otros países puedan entrar en el mercado para suministrar el gas. La era de helio barato, por ahora, llegó a su fin.
Tal vez sea bueno ya que, después de todo, si un recurso es finito, debemos valorarlo.
¿Y en cuanto a los globos de helio?
"Sospecho que la cantidad que se utiliza en los globos de fiesta es muy pequeña comparado con los otros usos principales", apunta Wothers.
"Pero se trata de un uso bastante trivial de algo que debemos valorar un poco más".

- Constanza Labrín :D

La Química del Amor

La química del amor

- Isidora

La produccion comercial en gran escala de compuestos nitrogenados, otro ejemplo práctico del Principio de Le Chatelier.
El paso de conversión del nitrogeno inerte (de la atmósfera) en importantes compuestos comerciales (por ejemplo, fertilizantes y explosivos), se expresa con la reaccion:

Imagen 1. Reacción química de formación de amoníaco.

En las industrias, para predecir las condiciones que optimizan la prodccion de NH3 se utiliza el principio de Le Chatelier, con el fin de producir la mayor cantidad de producto posible, ejerciendo un cierto control sobre la reacción mostrada anteriormente. Este sugiere que cuanto más baja sea la temperatura, más favorecida quedará, en el equilibrio, la producción de este producto. Simultáneamente, segun el mismo principio, es conveniente usar alta presion en el sistema, para aumentar la concentracion producida.
En la práctica, a bajas temperaturas se obtiene un estado de equilibrio conveniente, pero no se logra la velocidad deseada. Por ello, la solución utilizada industrialmente consiste en emplear una temperatura intermedia, alrededor de 500°C (aunque el éxito del proceso depende del empleo de un catalizador adecuado para obtener una reacción de la velocidad conveniente para la industria). Además, con la presión se ocupa una solución de similares características. La construccion de aparatos para trabajar a altas presiones es muy costosa, por lo que se utilizan presiones de aproximadamente 350 atmosferas.
En estas condiciones de presion y temperatura (500°C y 350 atm, respectivamente), solo el 30% de los reactivos se transforman en NH3. Luego, el producto formado es separado de la mezcla, licuándolo, de modo que N2 y H2 permanezcan siendo gases y puedan re-circularse (como lo muestra la imagen 2) hasta que el porcentaje de conversión de amoníaco llegue a ser elevado y, por tanto, la industria se vea favorecida.

Imagen 2. Sistema de funcionamiento máquinas industriales productoras de amoníaco.

Ensayo PSU Ciencias 2010

Ensayo PSU Ciencias 2010

- Isidora

Equilibrio Dinámico

El equilibrio dinámico es un equilibrio químico, que ocurre cuando dos procesos reversibles suceden a la misma velocidad en ambos sentidos. De esta manera, las concentraciones de los reactivos y productos se mantienen constantes en el tiempo.

Un ejemplo sería colocar un vaso con agua en un espacio pequeño y cerrado. El agua comienza a evaporarse saturando el aire del ambiente. Una vez que esto ocurre, el vapor de agua choca contra las paredes del vaso y se condensa, al mismo tiempo que continúa la evaporación del agua.

Se puede decir que se mantiene un equilibrio dinámico entre los procesos de evaporación y condensación, ya que ambos se mantienen a la misma velocidad y ocurren al mismo tiempo, manteniéndose constante la concentración de ambas sustancias.

Se denominan reacción directa e indirecta a las reacciones que intervienen en el equilibrio dinámico. Cuando la concentración de los productos alcanza cierto punto, comienza a producirse la reacción inversa, hasta alcanzarse el equilibrio químico. Por lo tanto, la reacción directa se sustenta gracias a la reacción inversa, y viceversa.

El estado de equilibrio se indica colocando dos flechas, una en cada sentido, en la ecuación de la reacción.

Video explicativo del equilibrio químico:

- Isidora

PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS

Son propiedades que presentan los elementos químicos y que se repiten secuencialmente en la tabla periódica. Esta periodicidad, nos permite deducir las características y el comportamiento químico de un elemento determinado, solo conociendo su posición en la tabla o bien, su número atómico.

Existen dos conceptos fundamentales para comprender las propiedades de los elementos químicos. El primero de ellos es la carga nuclear efectiva, que es la fuerza de atracción ejercida por el núcleo sobre el electrón más alejado de este. El segundo es el efecto pantalla o apantallamiento, el cual produce fuerzas de repulsión entre los electrones de menor nivel y los de mayor nivel, generando que disminuya la probabilidad de encontrar los electrones de alto nivel en otros inferiores. El efecto pantalla actúa en cada nivel energético de un átomo, siendo más fuerte en elementos con mayor número de electrones. También se dice que este efecto es la interferencia que existe entre la última orbita de un átomo y su núcleo, es decir que reduce la atracción nuclear sobre el electrón más alejado.

Existe un gran número de propiedades periódicas. Entre las más importantes se destacan:

Radio Atómico:

Es la distancia más probable que existe entre el electrón más externo y el núcleo de un átomo. También es definido como la mitad de la distancia entre dos núcleos de un mismo elemento unidos entre sí. Estas distancias se determinan experimentalmente mediante técnicas de difracción de rayos X.

El radio atómico aumenta al descender en un grupo y disminuye a lo largo de un periodo en la Tabla periódica. Lo primero ocurre porque al bajar en un grupo, los electrones ocupan orbitales que están cada vez más lejanos del núcleo, por lo que la atracción del núcleo sobre los electrones más externos se debilita, y en consecuencia, aumenta el radio atómico.

Lo segundo se explica debido a que el siguiente electrón que le corresponde a cada átomo, se encuentra en el mismo nivel energético, por lo que la carga nuclear efectiva es mayor. El electrón más externo experimenta una mayor atracción nuclear y se produce, en consecuencia, la contracción del radio a medida que crece el número atómico en un mismo período.

Radio iónico:

Es el radio que posee un catión o un anión de un elemento determinado.

Cuando un átomo neutro se convierte en un ion, se espera que se produzca un cambio en el tamaño. Por un lado, si un átomo pierde uno o más electrones, formando un ion positivo o catión, su radio será menor que el radio atómico. Esto se debe a que en la formación de un catión, un átomo neutro pierde electrones en la capa más externa, lo que reduce la repulsión entre los electrones (apantallamiento) y, a su vez, genera que estos sean atraídos con mayor fuerza por el núcleo (carga nuclear efectiva), provocando que se contraiga la nube electrónica y así su radio.

Por otro lado, si un átomo forma un ion negativo o anión al ganar uno o más electrones, su radio iónico será mayor que su radio atómico. Esto se debe a que estos electrones adicionales provocan que aumenten las fuerzas de repulsión existentes entre ellos (apantallamiento), lo que hace que se extienda la nube electrónica y, por ende, que su radio aumente.

En general, entre iones con igual número de electrones (isoelectrónicos), tiene mayor radio el de menor Z, pues la carga nuclear efectiva actúa atrayendo los electrones externos con mayor fuerza hacia sí, ocasionando la contracción de la nube electrónica.

El radio iónico, al igual que el radio atómico, aumenta a lo largo de un grupo y disminuye hacia la derecha en un período. 

Energía de ionización (EI):

También conocida como potencial de ionización, es la energía necesaria para separar un electrón ubicado en el nivel de más alta energía de un átomo neutro, gaseoso y aislado en su estado basal o fundamental, que es un estado de alta estabilidad. Como resultado de esto, se origina un catión gaseoso.

La energía de ionización es un valor positivo, debido a que siempre se requiere entregar energía para extraer los electrones de un átomo (proceso endotérmico), su unidad es el KJ/mol y se puede expresar como:

Debido a que generalmente se pueden extraer más de un electrón de los átomos, existen una serie de energías de ionización, las que se identifican como E₁ para el primer electrón que ese extrae, E₂ para el segundo y así sucesivamente.

Algunas características de la EI son:

-   Su valor aumenta al extraer electrones sucesivos.

-   El incremento entre la primera y la segunda energía de ionización es grande.

-  Se requiere más energía para remover un electrón de un catión que de un átomo neutro.

-  En general, la remoción de un electrón de un átomo al cual se le han quitado todos sus electrones de valencia, requiere de la absorción de una gran cantidad de energía porque este electrón comparte la configuración electrónica de un gas noble.

En la tabla periódica, la energía de ionización disminuye al descender por un grupo. Esto ocurre porque a medida que aumenta el número atómico de un elemento, disminuye la atracción del núcleo sobre los electrones más externos, debido al efecto pantalla, lo que ocasiona que la energía necesaria para separar a estos electrones sea menor. En tanto, la energía de ionización aumenta al avanzar en un período, ya que, producto del incremento de la carga nuclear efectiva y de la consecuente disminución del tamaño atómico, el electrón externo está cada vez más cercano al núcleo, por lo que la energía necesaria para extraer un electrón será mayor.

Afinidad electrónica o electroafinidad (EA):

Es la energía asociada al proceso de adición de un electrón a un átomo neutro, gaseoso, y aislado, que da lugar a la formación de un anión gaseoso. Una representación general de este proceso es la siguiente:

Donde X es el átomo neutro, X^- es el anión y AE la energía liberada, cuya unidad es KJ/mol.

Por convención, se sabe que si en la adición de un electrón se absorbe energía, la EA se considera positiva (proceso endotérmico), y si se libera, la EA se considera negativa (proceso exotérmico). Además, hay que considerar que mientras más energía libera un átomo al captar un electrón, más estable será el anión que se forma.

Una característica importante de esta propiedad, es que mientras más negativa, mayor será la tendencia del átomo a aceptar un electrón. Los elementos que presentan energías más negativas son los halógenos (grupo 17), debido a que son los elementos que tienen mayor carga nuclear efectiva y radio atómico más pequeño.

Por otro lado, los gases nobles son los que presentan el mayor valor positivo de la EA, lo que significa que hay que entregar gran cantidad de energía para lograr que un átomo de gas noble capture un electrón, debido a la alta estabilidad de su configuración electrónica.

En general, en la tabla periódica, la EA aumenta al subir en un grupo y al desplazarse hacia la derecha en un período, es decir que los valores de la EA se hacen más negativos.

Electronegatividad (EN):

Es la capacidad que tiene un átomo de un elemento para atraer, en un enlace químico covalente, a los electrones compartidos con otros átomos.

El químico Linus Pauling fue el primero en desarrollar una escala numérica para la electronegatividad de los elementos químicos, la escala de Pauling. Esta escala se expresa en unidades arbitrarias: al elemento más electronegativo se le asigna el valor 4,0, que corresponde al flúor (F), mientras que el elemento menos electronegativo, el francio (Fr), tiene un valor de 0,7.

En la Tabla de los elementos, la electronegatividad aumenta dentro de un período con el número atómico, y disminuye a lo largo de un grupo a medida que aumenta el número atómico. Esto se explica debido a que a lo largo de un período disminuye el  radio atómico y la carga nuclear efectiva aumenta; por lo tanto, aumenta la capacidad del átomo para atraer electrones compartidos con otro átomo. En un grupo, en cambio, a medida que se desciende, el radio atómico aumenta, la carga nuclear efectiva disminuye y, en consecuencia, también disminuye la electronegatividad.

Por esto, los elementos más electronegativos son los Halógenos, que pertenecen al grupo 17, y los menos electronegativos son el cesio y el francio.

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