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La ciencia para todos - Química

Extractos adaptados que tomamos de una monografía de
Leonel J. R. en monografias.com
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Química - Fenómenos químicos

Podría decirse que la química es la ciencia de las transformaciones de la materia. Durante un cambio químico, la apariencia de las cosas se modifica de manera radical.
Por ejemplo, parece mentira que a partir de un metal muy activo (el sodio) y un gas tóxico verdoso (el cloro) se obtenga la sal con la que condimentamos los alimentos.
Tampoco el leño que se mete a la hoguera en nada se parece a las cenizas que se recogen y a los gases que se producen durante su combustión.
Aunque la explicación científica del cambio químico tardó muchos siglos en llegar, el hombre aprendió a transformar los materiales desde sus primeras épocas.
Hoy, la química es considerada una ciencia básica. Con justicia se le denomina la ciencia central, pues se nutre de los resultados de la física y proporciona a la biología el fundamento molecular de los fenómenos en los seres vivientes.

Hace apenas 200 años que los trabajos de pioneros dieron base sólida y métodocientífico propio a la química. Se trata, sin duda, de una ciencia joven. Sin embargo, ese tiempo relativamente corto ha servido para orientar al hombre hacia la transformación de la naturaleza. La química ha sido útil para obtener nuevos materiales, de los que estamos rodeados, para interpretar multitud de fenómenos, incluida la vida misma. No obstante, no siempre estas transformaciones inducidas se han llevado a cabo con el respeto que la naturaleza merece. En el proceso de sanear nuestra contaminada biosfera, la química también habrá de ser empleada como herramienta central.


Elementos químicos - átomos - teoría atómica de Dalton

Para los griegos, todas las cosas estaban hechas por diferentes proporciones de aire, agua, fuego y tierra. Esta visión cambió conforme pudieron separarse los componentes de las mezclas. Así, los científicos encontraron sustancias puras que no podían descomponerse en otras más simples. Estas sustancias reciben el nombre de elementos químicos. Por ejemplo, hace apenas dos siglos sabemos que ni el aire ni el agua son sustancias elementales.

Fue el inglés John Dalton, un profesor de escuela, quien hacia principios del siglo pasado esbozó la respuesta: Toda la materia está formada de pequeñísimas partículas, los átomos, de los cuales existen en forma natural menos de una centena.
 
Símbolos y fórmulas químicas


Desde el siglo pasado, los químicos usan letras mayúsculas, seguidas en ocasiones por una minúscula, para dar símbolo a un átomo o un elemento. Así, H significa un átomo de hidrógeno, o también el elemento hidrógeno.
Los símbolos químicos provienen de palabras del latín. Por ejemplo, Fe viene de ferrum, la palabra latina para designar al hierro. El extraño símbolo del sodio, Na, viene del latín natrium.


Átomos y moléculas

Los átomos pueden formar agregados estables que caracterizan a todo material puro. Un tipo de agregado, las moléculas, contiene unos pocos átomos reunidos. Otros, por el contrario, están formados por enormes bloques de elementos repetidos que se encuentran enlazados, los llamados sólidos iónicos.

Para abreviar y referir a las sustancias puras con propiedad, el químico hace uso de fórmulas, expresando los elementos presentes y la proporción que existe en aquellas de cada uno de los átomos.


Los ácidos, las bases y las sales

En química, como en todas las ciencias, se acostumbra efectuar clasificaciones. En este caso, lo que se clasifica son los tipos de sustancias puras conocidas.
Existen unas —los ácidos— con sabor agrio, que cuando se disuelven en agua liberan partículas llamadas iones hidrógeno (H+).
Otras sustancias —las bases, también llamadas álcalis— tienen un sabor amargo y se sienten resbalosas al tacto. Al disolver una base en agua se reduce la proporción de iones hidrógeno.
Se puede decidir si un compuesto es ácido o base gracias a sustancias especiales, llamadas indicadores, que cambian de color en funciónde la concentración de los iones hidrógeno presentes. Por ejemplo, el papel tornasol adquiere color rojo en presencia de un ácido, y azul frente a una base.
Ambos tipos de compuestos se combinan, aniquilando uno al otro sus propiedades originales. El resultado es la formación de una sal.
 
Química orgánica e inorgánica
 
De forma muy general, se acepta que la química es el estudio de las sustancias, su estructura, su composición y las transformaciones en las que intervienen. Ahora bien, por razones históricas se acostumbra dividir las sustancias en dos grandes grupos: las orgánicas y las inorgánicas. De esta manera, tradicionalmente se ha hablado de la existencia de dos químicas, la orgánica y la inorgánica.

Aunque muchas sustancias orgánicas, como el azúcar, el vinagre o el alcohol, han sido conocidas desde la Antigüedad, fueron aisladas por primera vez en el siglo XVIII. En esa época, este tipo de compuestos se obtenía por la acción de los seres vivos. Por ejemplo, el ácido láctico fue aislado de la leche por Scheele (1742-1786), quien demostró que su presencia es la causa de que la leche se agrie. Juan Jacobo Berzelius propuso que los compuestos orgánicos sólo podían obtenerse por la acción de la fuerza vital y que por lo tanto existían dos tipos de compuestos en la naturaleza: los materiales inorgánicos, presentes aun en ausencia de vida, y los orgánicos, reservados para la materia animada.

Poco le iba a durar el gusto a Berzelius, pues en 1828 el químico alemán Federico Wöhler preparó urea (que se sabía era un producto de desperdicio de los seres vivos) a partir de una sal inorgánica llamada cianato de amonio.

A pesar de lo arbitrario de la clasificación, ésta persiste hasta nuestros días. Hoy se llama química orgánica a la relacionada con los compuestos que contienen carbono (salvo algunas excepciones, como los óxidos de carbono o los carbonatos). Como veremos en el siguiente capíptulo, el carbono es un elemento peculiar. Existen tantos compuestos de carbono que conviene estudiarlos en paquete. No obstante, hay que subrayar que la química es única. Los compuestos orgánicos e inorgánicos también reaccionan entre sí. Una rama moderna de la química, la organometálica, se encarga del estudio de un tipo de compuestos que no podríamos clasificar dentro de ninguna de las dos químicas tradicionales.
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Ácido acético (vinagre)


Hola Prof. Daniel:


Me encontré su site en Internet y me gustaria preguntarle si el vinagre se puede convertir en polvo y si es asi qué se necesita hacer para hacer esta conversión.
Muchas gracias por su ayuda.
Atentamente,
Hugo E.

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Hola, Hugo:

Gracias por consultarme. Estuve buscando formas de transformación del ácido acético (vinagre blanco) de líquido a sólido. Lo que encontré sobre ese tema no me parece muy útil, salvo el tema del ácido acético glacial que verás más abajo resaltado en rojo, porque aproveché para dar algunos datos más sobre este ácido orgánico (ácido etanoico).

"Acético" es un término directamente relacionado con "vinagre". Cuando se lo deshidrata cristaliza en forma parecida al hielo y por eso se lo llama "ácido acético glacial". Esos cristales comienzan a formarse cuando la temperatura disminuye por debajo de los 16,7ºC.

El ácido acético tiene fórmula empírica CH2O y fórmula molecular C2H4O2. La segunda es a menudo escrita como CH3COOH para reflejar mejor su estructura química.

Cuando el ácido acético pierde H+, el ión anión resultante es el "acetato".

En 1847, el químico alemán Hermann Kolbe sintetizó el ácido acético por primera vez a partir de elementos inorgánicos. Secuencia de reacciones: a) cloración de disulfuro de carbono para  obtener tetracloruro de carbono, b) pirólisis produciendo tetracloroetileno, c) cloración en disolución acuosa para dar ácido tricloroacético, d) reducción electrolítica a ácido acético.
 
El ácido acético concentrado es corrosivo y debe ser manejado con el debido cuidado, ya que puede causar quemaduras en la piel, daño permanente a los ojos y la irritación de las membranas mucosas. Estas quemaduras y ampollas no aparecen primeras horas de la exposición. Los guantes de látex no ofrecen protección suficiente, de modo que cuando se maneja este compuesto deben ser utilizados guantes resistentes, como los realizados en caucho nitrilo.
 
El ácido acético concentrado se inflama con dificultad en el laboratorio, pero  su inflamabilidad se convierte en un peligro si la temperatura ambiente supera los 39 ° C (102 ° F). En presencia de aire puede formar mezclas explosivas en esta temperatura (los límites de explosividad: 5,4% -16%).

En la naturaleza se lo encuentra libre o combinado en el reino vegetal. Se forma también durante la fermentación acética de líquidos alcohólicos y en la fermentación seca de la madera.

La mayor parte del ácido acético industrial se produce a partir del carburo de calcio:
carburo de calcio + agua ---acetileno + hidróxido de calcio
acetileno + agua ---(catalizador: sulfato mercúrico+ácido sulfúrico) --- etanal
etanal + oxígeno --- (catalizador: acetato de manganeso) --- ácido etanoico

Otras formas de obtención:
-por fermentación del etanol con el hongo anaerobio Micoderma aceti.
- por destilación seca de la madera.

Una pregunta para nuestros lectores-investigadores: ¿Qué es la "sal de Saturno"?
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Estimado Hugo: quizá no te respondí nada que no supieras pero al menos lo intenté. Y esta información adicional seguramente ayudará a alguien en su búsqueda de datos sobre el ácido etanoico, un compuesto que aparece con frecuencia en la química orgánica y en la química biológica.
 
Un saludo
 
Prof. Galatro
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Combinaciones con oxígeno


· Cuando un elemento, metálico o no metálico se combina con oxígeno, forma siempre un óxido, en el que, compartiendo electrones con el oxígeno o cediéndoselos, el elemento queda con carga positiva.

El oxígeno siempre gana 2 electrones en la combinación.

Pero los óxidos de los metales no tienen igual comportamiento que los óxidos de los no metales, por los que los diferenciaremos a continuación.


Combinación de un metal con oxígeno:


· Cuando el óxido de un metal se disuelve en agua, forma un compuesto llamado "hidróxido", que tiene exceso molecular de electrones, es decir, tendencia a cederlos. Esta propiedad se denomina "carácter básico" y, por ello, los óxidos de los metales se denominan "óxidos básicos".

Combinación de un no metal con oxígeno:


· Cuando el óxido de un no metal se disuelve en agua, forma un compuesto llamado "ácido", que tiene defecto molecular de electrones, es decir, tendencia a ganarlos.
Esta propiedad se denomina "carácter ácido" y, por ello, los óxidos de los no metales se denominan "óxidos ácidos".

Como antiguamente estos óxidos se obtenían solamente por deshidratación de ácidos, se los suele denominar también "anhídridos" (sin agua).

Como los ácidos formados contienen oxígeno, pueden llamarse "oxácidos", para diferenciarlos de los "hidrácidos" que no lo contienen.

Reglas de nomenclatura de los óxidos:

Hay varias que se aplican simultáneamente.

Son fijadas por los Congresos de la IUC (International Union of Chemistry) y la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).

Veremos las de uso más frecuente.


· Como un elemento puede ceder o compartir uno o más de sus electrones de valencia, formará uno o más óxidos diferentes.


· Si solamente puede ceder o compartir un único número fijo de electrones, formará un único óxido que se denominará "óxido de ..." u "óxido ...ico".

Por ejemplo, el Aluminio, que sólo puede ceder 3 electrones, formará el óxido de aluminio: Al2O3 (también denominable "óxido alumínico").
· En cambio, el Hierro puede ceder o compartir, según la cantidad de oxígeno presente, 2 de sus electrones de valencia o los 3.

Esto hará que forme dos óxidos básicos diferentes.

El más habitual (en el que el Hierro cede 3 electrones) se denominará "óxido férrico" (Fe2O3), en tanto que aquél en el que, por no haber oxígeno suficiente, cede o comparte solamente 2 electrones, llevará el nombre de "óxido ferroso" (FeO).
· En general:

Si hay solamente una cantidad fija de electrones de valencia que puede perderse o compartirse, entonces será "óxido de ... " u "óxido ...ico".

Si hay dos posibles, el menor será "óxido ...oso" y el mayor "óxido ...ico".

Si hubiera tres posibles, el que menos cede formará uno menor que el "...oso" y se llamará menor que (hipo) "oso", es decir, "óxido hipo...oso", el siguiente "óxido ...oso", y el mayor "óxido ...ico".

Si fueran cuatro las posibilidades, habría que agregar uno mayor que (per) "ico", denominándose "óxido per...ico".

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Combinaciones con hidrógeno



· Cuando un elemento metálico se combina con el hidrógeno, forma compuestos en los que el metal pierde su electrón y el hidrógeno lo gana.
En general se denominan "hidruros".
Por ejemplo: Na+H- (hidruro de sodio).
Su nombre siempre lleva la denominación "hidruro de ...
El sufijo "uro" indica ausencia de oxígeno.



· Cuando un elemento no metálico se combina con el hidrógeno, forma compuestos en los que el hidrógeno pierde su electrón y el no metal lo gana.
En general se denominan "hidrácidos", aunque hay excepciones importantes, tales como el NH3 (amoniaco) y el H2O (agua).
Por ejemplo: Cl-H+ (ácido clorhídrico).
Salvo en las excepciones que utilizan nombres de fantasía, los compuestos se denominan "ácido ... hídrico".
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Experimentos: ácidos, bases, indicadores químicos

Experimentos: combustión del azúcar, catalizadores

Experimentos: Encendiendo fuego con una patata (papa)