Unidad 1 Química

Química

La química y su entorno

Unidad 1

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Química La química y su entorno


La química. Fuente http://goo.gl/WlCz0I .

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La química. Fuente http://goo.gl/WlCz0I .


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Índice Presentación Presentaci ón ...................................................................................................................... 4 Competencia Competenc ia especí específica fica..................................................................................................... 5 Logros ............................................................................................................................... 5 1.1 La química y su división ............................................................................................... 6 1.1.1

Definición de química ................................................................................... 7

1.1.2 Subdiscipl Subdisciplinas inas ...................................................................................................... 8 1.2. Configurac Configuraciones iones electrónicas .................................................................................... 11 1.2.1 Configuració Configuración n estánda estándarr ...................................................................................... 13 1.2.2 Configuración condensada ................................................................................ 14 1.2.3 Configuración desarrollada ................................................................................ 15 1.2.4 Configuración semi desarrollad desarrollada a ........................................................................ 16 1.3 La tabla periódica periódica....................................................................................................... ....................................................................................................... 16 1.3.1 Clasificación de los elementos ........................................................................... 17 1.3.2 Importancia de la tabla periódica ....................................................................... 18 1.4 Medicion Mediciones es en la química........................................................................................... 21 1.4.1 Unidades de medida .......................................................................................... 22 1.4.2 Sistema métrico ................................................................................................. 23 1.4.3 Sistema Internacion Internacional al de Unidades.................................................................... 26 1.4.4 Sistema Cegesimal ............................................................................................ 27 1.4.5 Sistema Inglés ................................................................................................... 29 1.5 Principales aplicacio aplicaciones nes de la química ....................................................................... 29 1.5.1 Hogar................................................................................................................. 30 1.5.2 Industria de alimentos........................................................................................ 30 1.5.3 Medicina ............................................................................................................ 31 Actividades Actividad es ................................................................................................................. 33 Cierre de la unidad ..................................................................................................... 34 34 Para saber más .......................................................................................................... 35 Fuentes de consulta ................................................................................................... 37


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Presentación En esta unidad se proporcionarán los conceptos básicos de la química aportando las herramientas adecuadas para abordar la asignatura como lo es la definición, las disciplinas y subdisciplinas, la herramienta esencial de todo estudioso de alguna rama de la química, la tabla periódica, el uso de las unidades de medida y para finalizar, la identificación de la aplicación de la química en la actualidad, así como conocer si existen contaminantes. La Unidad 1 se llama La química y su entorno y está organizada de la siguiente manera:

La química y su división

Definición de química Subdisciplinas

Configuración estandar Configuración condensada

Configuraciones electrónicas

Configuración desarrollada Configuración semidesarrollada


Clasificación de los alementos

La tabla periódica

Importancia de la tabla periódica Unidades de medida

Sistema métrico

Mediciones en la química

Sitema internacional de unidades

Sistema cegesimal Sistema inglés Hogar

Principales aplicaciones de la química

Industria de alimentos Medicina

Estructura de la unidad 1.

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Competencia específica Identifica a la química como una ciencia básica que nutre a diversas disciplinas mediante conocimientos científicos para la comprensión de sus aplicaciones en distintos entornos a través de la revisión de su organización molecular.

Logros Describir el concepto de química, materia y la relación que tiene con la vida diaria Nombrar las características principales del átomo, los modelos atómicos, los orbitales atómicos (s, p, d y f) y las configuraciones electrónicas Identificar la esquematización de la tabla periódica y los elementos que la componen Diferenciar entre los distintos sistemas de medición Explicar las aplicaciones que tiene la química


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1.1 La química y su división Siempre viene a la mente que quienes estudian química son personajes que están en el laboratorio con bata blanca y manipulando una serie de materiales de laboratorio como cajas Petri, tubos de ensayo (fig. 1), pipetas, entre otros, y en efecto, sí lo es, debido a que la química es una ciencia experimental porque la mayoría de los conocimientos encontrados provienen de lo descubierto en el laboratorio. Hoy en día, contamos con tecnología que nos permite analizar, modelar y proyectar un caso en específico, como puede ser un tipo de droga, los polímeros, la nanotecnología y mucho más. Durante los últimos años, la química, como ciencia, ha tenido avances y lo vemos en las diversas aplicaciones como en los medicamentos que tomamos, en la ropa que utilizamos a diario, en los materiales de nuestras casas, en la medicina para diagnosticar enfermedades, en el transporte, en los colorantes, en fin, hay una serie de ejemplos con base en la química para dar explicación a todas y cada una de las actividades que realizamos cada día, lo que nos rodea o se descubre. En la química, también hay varias divisiones, las cuales se han conjuntando para su estudio, considerando el tipo o la materia que se trate, todo esto sucede con base en las reacciones químicas.

Figura 1. El estudio de la química. Fuente: http://goo.gl/hgIW3w

Debido al gran campo de estudio de la química, se divide en química general y química descriptiva. La química general, se encarga de revisar los principios básicos que son comunes a todas las ramas de la química. Por su parte, la química descriptiva se encarga del estudio de las propiedades y composición de las sustancias, su manera de reaccionar y sus formas de obtención. Esta, a su vez, se divide en química orgánica e inorgánica. La química inorgánica estudia los componentes de la naturaleza considerados como no orgánicos, como los minerales y los que se obtienen de manera artificial. La química orgánica estudia las reacciones con el carbono (natural o artificial) y sus combinaciones con el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y halógenos.


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1.1.1

Definición de química

La ciencia consta de varias disciplinas para su estudio, destacaremos una de sus ramas: la química. Esta área está orientada a estudiar la estructura, propiedades, composición y la transformación de la energía que sufre la materia. Con todo lo anterior, es importante definir qué es la química, que puede variar de acuerdo a los autores o perspectivas. La Real Academia Española, define a la química de la siguiente manera: “

Ciencia que estudia la composición y las propiedades de la materia y de las transformaciones que esta experimenta sin que se alteren los elementos que la forman” . “

Conjunto de conocimientos que se tienen sobre la preparación, las propiedades y las transformaciones de un cuerpo”. Según Burns, en su libro Fundamentos de Química, menciona que el egipcio Keme define a la química como la ciencia que se dedica al estudio de la estructura, las propiedades, la composición y la transformación de la materia”. (Burns, 2002). Y por último, revisaremos el concepto de Linus Pauling (Gispert, 1997) que la define así: "La química es la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias". Como podemos observar, cada una de las definiciones hace hincapié en composiciones, estructuras, propiedades y transformaciones, toda vez que analicemos la gran mayoría de las definiciones mencionan en su estructura lo mismo, por lo que concluyendo, podemos decir que:

La química es la ciencia que se ocupa de las transformaciones de la materia considerando sus propiedades, estructura y composición sin cambiar los elementos que la conforman.

La ciencia química, hoy por hoy, aporta bienestar en lo referente a lo material, por ejemplo: las baterías para el control de tu televisión, la gasolina para tu transporte, aleaciones, fabricación de utensilios de cocina, elaboración de productos farmacéuticos, conservación de alimentos, entre muchos más productos. Dentro de la química hay una


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Química La química y su entorno gran diversidad de subdisciplinas, las cuales se van conjuntando de acuerdo a lo que se estudia, es decir el tipo o la materia a estudiar, todo esto con base en lo que sucede en las reacciones químicas.

1.1.2 Subdisciplinas En la química hay varias subdisciplinas que se han conjuntando para su estudio, considerando el tipo o la materia que se trate. Todo esto sucede con base en las reacciones químicas, derivado de las dos grandes divisiones mencionadas, surgen las subdisciplinas, (fig. 2) las cuales desglosaremos de la siguiente manera:

Figura 2. Subdisciplinas de la química. Fuente: UnADM

La química también tiene apoyo de otras ciencias (fig. 3), como son la g eo g ra fía , que sirve en la ubicación, de yacimientos o en evaluación de impactos ambientales, ésta involucra a otra rama que es la in g en ie r ía, y por consecuencia, a la ec o no m ía de un lugar; la físic a aporta la explicación de los cambios físicos que ocurren en la naturaleza, también la h i s t o r i a, aporta hechos que sirven a la química para entender o comprender lo que sucedió. Las m ate m áti ca s apoyan a la parte estadística de cada uno de los eventos que se presenten. En conclusión, es que actualmente se han formado híbridos entre la química y las otras ciencias dando origen a nuevas, esto con la finalidad de poderlas


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Química La química y su entorno estudiar y entender mejor lo que sucede a nuestro alrededor o descubrir nuevos conocimientos.

Híbridos entre la química y otras ciencias

Nuevos conocimientos

Mejor entendimiento

Figura 3. La química y otras subdisciplinas. Fuente: UnADM

Por todo lo anterior, cabe destacar que la química es una ciencia y como tal se soporta en el método científico. El método científico consta de varios pasos, los cuales se describirán más adelante, y sirve para establecer nuevos conocimientos. Todas las disciplinas y sus derivados lo aplican, porque en él surge un punto preliminar, a partir de la observación del entorno, para que después se realice la experimentación correspondientemente y cuantificar los resultados. A continuación, se muestran (fig. 4) los pasos para implementar el método científico.

Figura 4. Los pasos del método científico. Fuente: UnADM


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Química La química y su entorno Según S.Raúl (2006), la descripción de cada paso es la siguiente: 

Observación: Se deben utilizar los sentidos para examinar, ya sea un objeto o un fenómeno, con la finalidad de estudiarlo como se está presentando en el momento.



Problematización: a partir de la observación se obtiene un problema particular que se quiera analizar o lo que se quiere estudiar.



Hipótesis/pregunta de investigación: en que caso de elaborar hipótesis, éstas serán las posibles explicaciones que podrían dar solución a las preguntas de investigación, son aquellos cuestionamientos que se quieren solucionar. Por lo tanto hipótesis y preguntas van de la mano. Según Wayne, (2008) hipótesis es “la conjetura o suposición que motiva la investigación…” Y de acuerdo con Hernández, las preguntas de investigación, son las que no son limitativas, es decir que las respuestas no es un simple sí o no, sino que las respuestas invitan a la investigación y al análisis del problema (Hernández, 1991).



Investigación/experimentación: la investigación se realiza de manera documental, a través de libros, revistas, páginas web, periódicos, entre otros, que sirvan para construir la investigación, para que posteriormente se siga con la experimentación, dentro de éste margen existen dos vertientes: cualitativo y

cuantitativo. Según Taylor & Bogdan, mencionan que “…la cuantitativa estudia la asociación o relación entre variables cuantificadas y la cualitativa lo hace en contextos estructurales y situacionales…” (Taylor & Bogdan, 2004), Y que, en un momento dado, puede presentarse ambas vertientes en una investigación, con la finalidad de completar o corregir algún error si se presentará. 

Interpretación de resultados: s el último paso del método científico. En este paso se obtienen resultados de la experimentación y es necesario interpretarlos, es decir debemos analizar si lo que se obtuvo es cierto y congruente; en caso de que no fuera así, se debe de explicar por qué no se obtuvo lo que esperaba para que, finalmente, se proporcionen las conclusiones.

Ahora que tenemos un panorama general, de la descripción del concepto de química, materia y la relación que tiene con la vida diaria, continuaremos con el estudio de las configuraciones electrónicas, parte esencial de la química.


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1.2. Configuraciones electrónicas Como antecedente debemos conocer que la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, es decir todo aquello que nos rodea, y por lo tanto, está compuesto de moléculas y átomos con características bien delimitadas. Para representar de manera gráfica las características y comportamientos de la materia, consideramos diferentes modelos. Los modelos simbolizan la estructura que tienen los átomos, y la forma en que se comportan. Han existido diversos modelos atómicos en la historia y prácticamente todos llevan el nombre de su descubridor, (fig. 5) por ejemplo, el modelo de la mecánica cuántica o modelo atómico de Schrödinger, cuya principal aportación fue la creación de la configuración electrónica de donde se obtienen los números cuánticos de los electrones de un átomo, tema que veremos a continuación.

Figura 5. Modelos atómicos. Fuente: http://goo.gl/1cHL6S

Barrow menciona que la configuración electrónica (fig. 6) es la descripción donde se localizan los electrones en los distintos niveles (con subniveles y orbitales) de un determinado átomo. (Barrow, 1975) Cabe señalar que configurar es "ordenar" o "acomodar" y la palabra electrónico deriva de "electrón"; por lo tanto, la configuración electrónica es la forma ordenada de repartir los electrones en los niveles y subniveles de energía.


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Electrones •Configuración electrónica

•Repartir

•Niveles y subniveles de

Forma ordenada

Energía

Figura 6. Configuración electrónica. Fuente: UnADM.

Ante lo anterior, es necesario explicar el concepto de número cuántico. Según Gispert, el número cuántico es el valor numérico que señala las características que tienen los electrones que se encuentran en los átomos. Lo anterior, se basa en la Teoría Atómica de Bohr, debido a que su modelo es el más reconocido y que aún se utiliza (Gispert, 1997). Los números cuánticos son cuatro, y son: a) Número cuántico principal. Lo representamos con una (n), señala el nivel donde se encuentra el electrón, así como el nivel de energía, tomando los valores 1,2,3,4,5,6 o 7. b) Número cuántico secundario. Representado con una (l), este número cuántico identifica en que subnivel se encuentra el electrón, considerando desde 0 y n-1. Dependiendo del número atómico puede tener los siguientes valores:

i) ii) iii) iv)

Cuando n=1=0 =s (Sharp) Cuando n=2=0,1=p (principal) Cuando n=3=0,1,2=d (diffuse) Cuando n=4=0,1,2,3=f (fundamental)

c) Número cuántico magnético. Se representa con una (m). Nos informa de las orientaciones de los orbitales magnéticos en el espacio, donde están los electrones; dependiendo de l y teniendo valores desde – l hasta +l pasando por el cero. Para encontrar el número de orbitales de un subnivel, empleamos la siguiente fórmula: m=2l+1


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Química La química y su entorno Representa los orbitales presentes en un subnivel. Se designa con números que van de -l a + l pasando por cero.

n

l

m

1

0(s)

0

2

0(s) 1(p)

0 -1, 0, +1

3

0(s) 1(p) 2(d)

0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2

Cada orbital acepta un máximo de 2 electrones.

d) Número cuántico de spin. Indica el sentido de rotación del orbital donde se encuentran el electrón, el cual se puede presentar tanto el giro al lado derecho o al lado izquierdo, tomando como valores -1/2 y +1/2 Podemos decir que estos cuatro números cuánticos especifican dónde se encuentra el electrón y también el nivel de energía. También hay que considerar los siguientes principios: a) El Principio de Incertidumbre de Heisenberg menciona que “es imposible determinar simultáneamente la posición exacta y el momento exacto del electrón”. b) Principio de Exclusión de Pauli explica que “dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos, y por lo tanto, un orbital no puede tener más de dos electrones”. Existen cuatro tipos de configuración electrónica, a continuación se explica cada uno de ellos.

1.2.1 Configuración estándar Configuración estándar. Se obtiene de utilizar el cuadro de las diagonales (fig. 7), donde cada orbital se llena siguiendo las diagonales empezando siempre por el Is. Como a continuación se muestra:


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Figura 7. Tipo de configuración de las diagonales. Fuente: https://goo.gl/ydpgGO

Para una configuración electrónica estándar, y utilizando las diagonales, para cualquier átomo, será la siguiente:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f 14 5d10 6p6 7s2 5f 14 6d10 7p6 Continuando con la descripción de cada configuración, se explica la siguiente.

1.2.2 Configuración condensada Cuando los niveles de ciertos átomos se encuentran llenos en la configuración estándar, también se puede representar con un elemento del grupo, (gas noble VIII A, de la tabla periódica, los cuales son: He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn) donde el número atómico del gas coincida con el número de electrones que llenaron la última capa. Por ejemplo, sí se quiere obtener la configuración electrónica del sodio, cuyo número atómico es 11. El gas noble inmediato anterior al Sodio (Na) es el [Ne] 10 3s1 Al utilizar, la configuración electrónica condensada (tabla 1), y queda de la siguiente manera:


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Elementos

Configuración electrónica condensada

Li

2 1 [He] 2s

Na

10 1 [Ne] 3s

K

18 1 [Ar] 4s

Rb

36 1 [Kr] 5s

Cs

[Xe]

Fr

86 1 [Rn] 7s

54

1 6s

Tabla 1. Configuraciones electrónicas condensadas. Fuente: UnADM

1.2.3 Configuración desarrollada Aquí, lo que se busca es representar todos los electrones de un átomo utilizando flechas para simbolizar el spin de cada uno. Para el llenado, se debe considerar el Principio de exclusión de Pauli y la Regla de Máxima Multiplicidad de Hund. Por ejemplo, si queremos representar la configuración desarrollada del boro, donde su número atómico es 5, quedaría de la siguiente forma: B 1s2 2s2 2p1 1s 2s 2px

2py

2pz


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1.2.4 Configuración semi desarrollada Este tipo de configuración es la combinación entre la configuración condensada y la configuración desarrollada. En ella, solo se representan los electrones del último nivel de energía. Ejemplo. Si regresamos al elemento sodio, cuyo número atómico es 11 y utilizando la configuración semi desarrollada, queda de la siguiente forma: [Ne]10

3s

A manera de conclusión, ya se revisó las principales características del átomo, los orbitales atómicos y la forma de construir la configuración electrónica de un elemento que implica en primera instancia, saber cuántos electrones se deben acomodar y distribuirlos en los subniveles empezando siempre con los de menor energía y, posteriormente, llenar los demás hasta que todos los electrones estén ubicados donde les corresponde. Cabe señalar que es importante recordar que debemos partir desde el subnivel s, hacia p, d o f; (mencionados anteriormente) después, se aumenta el nivel de energía. Para realizar la configuración electrónica, necesitas conocer el número atómico de cada uno de los elementos, el cual se encuentra en la tabla periódica. A continuación, revisarás el tema de la tabla periódica.

1.3 La tabla periódica Según Burnsla tabla periódica de los elementos, o solo tabla periódica, es la estructuración y división de cada elemento con base en sus características y excepciones, y surge por la necesidad de ordenarlos para su utilización, debido a que es un instrumento esencial para estudiar los comportamientos entre cada elemento y conocer sus posibles uniones (Burns, 2002). Es en el siglo XIX, cuando los científicos se vieron en la necesidad de ordenar los elementos; sin embargo, no era tarea fácil, pero en 1817 el químico Dôbereiner informó que existe una relación entre la masa y sus propiedades y los agrupa en elementos semejantes, denominadas triadas. En 1850, se pudieron formar 20 triadas; después los científicos Chancourtois y Newlands descubrieron las octavas, que permitió mejorar el reparto y su relación entre los elementos. Posteriormente, Meyer en 1869, comprueba que existe una cierta periodicidad con el volumen atómico debido a que son similares en algunos casos. En el mismo año, Mendelev presenta su versión, siendo esta la primera basada en la agrupación de propiedades comunes, dando un compilado de 63 elementos ordenados. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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Química La química y su entorno Mendelev comentó que hacían falta elementos que aún no habían sido descubiertos por lo que la tabla periódica presentaba huecos, pero la moción fue aceptada hasta finales del siglo XIX cuando fueron descubiertos los elementos faltantes y es cuando se incluye al grupo cero, al cual corresponden los gases nobles, llamado de esta forma por tener una valencia de cero. Por lo anterior, podemos decir que la tabla periódica es la esquematización del orden de los elementos, según sus masas atómicas, conformados de la siguiente manera: En forma horizontal se llaman periodos y en forma vertical grupos, de forma individual encontramos que cada elemento (fig. 8) posee la siguiente información:

Figura 8. Configuración de los elementos químicos en la tabla periódica. Fuente: http://goo.gl/NlZOml

A continuación, se muestra la clasificación de los elementos en la tabla periódica.

1.3.1 Clasificación de los elementos Como estudiamos en el tema anterior, la tabla periódica es la representación de los elementos. La información que nos proporciona es de suma importancia para los estudiosos de las ciencias, sin embargo la tabla periódica (fig. 9) tiene su base en la Ley Periódica que establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos se repiten de forma ordenada conforme se incrementa el número atómico; por lo tanto, la tabla periódica tiene columnas y filas. L as columnas son los grupos, “A” y “B”, estos grupos también son llamados familias y los periodos se encuentran en las filas ordenadas conforme a su número atómico. El número atómico aumenta de izquierda a derecha, al Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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Química La química y su entorno igual que su afinidad electrónica, que es el número de veces que se pueden combinar; en cambio, el radio de cada elemento aumenta de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha. Para repasar, te invitamos a analizar la siguiente información.

Figura 9. Tabla periódica. Fuente: https://goo.gl/HUAbGn

1.3.2 Importancia de la tabla periódica

La tabla periódica marca los avances que se han tenido a lo largo de la humanidad. Incluso en pleno siglo XXI hacemos uso de ella. Existen varias versiones de la tabla periódica algunas mencionan ejemplos del elemento, otras marcan la estructura geométrica que tienen los elementos, otras más definen radio atómico y afinidades electrónicas. Cada una de ellas funciona según las necesidades de quien la estudie: por ejemplo, en la tecnología, la química se utiliza como base y como referente los elementos químicos que sirven para la conectividad (boro, hierro, neodimio), de celulares tablets, entre otros, y que ha sido provechosa para la industria que se dedica a este campo y como consecuencia la sociedad se ve favorecida en dos caminos: el campo laboral y económico. La importancia de la tabla periódica radica en que proporciona las características particulares de los elementos al momento de combinarse y cuál es su naturaleza, por ejemplo, al consultar la tabla periódica se puede saber que el cloro se encuentra en la familia VII A, de los halógenos, que tienen un número atómico 17, que es un gas tóxico de color amarillo-verdoso, que es más pesado que el aire, que no se encuentra libre en Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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Química La química y su entorno estado natural debido a su naturaleza inestable e inmediatamente se agrupa con otros elementos formando cloruros, cloritos y cloratos (cloruro de sodio, conocido como sal de mesa). Toda esta información la obtuvimos de la tabla periódica que si al mismo tiempo también se investigan las hojas de seguridad del elemento o compuesto, proporciona asesoría sobre qué hacer y qué no en diversos casos como derrame, nube tóxica, entre otros, parte primordial que todo estudiante que tenga contacto con elementos y/o sus combinaciones debe conocer.

En el área de productos industrializados (alimentos, medicamentos bebidas, etc.), los cuales forman parte del consumo humano cotidiano, el nutriólogo debe tener conocimiento de los elementos químicos presentes para identificarlos, sin olvidar que nuestro organismo está conformado por una serie de elementos como se muestra en la siguiente tabla:

Elemento:

Símbolo:

Carbono

C

Hidrogeno

H

Oxigeno

O

Nitrógeno

N

Fósforo Azufre

P S

Calcio

Ca

Sodio Potasio

Na K

Cobre

Cu

Cloro

Cl

Aluminio

Al

Magnesio Manganeso

Mg Mn

Función que realiza: Elemento muy energético que proporciona grandes cantidades de energía. Ayuda a los líquidos, tejidos y los huesos del cuerpo. Es el elemento de mayor presencia o abundancia. El más importante a nivel de la respiración celular. Permite, la liberación de energía que hay dentro de nuestro cuerpo. Está presente en la orina, ayuda a la formación de los huesos y dientes. Ayuda a lasfunciones metabólicas del sistema nervioso y del cerebro. Interviene en el equilibrio del P.H. Presente en aminoácidos Regula la contracción muscular. Está presente en: los pulmones, riñones, hígado, tiroides, cerebro, músculos, corazón, huesos. Representa el 2,45% en el conjunto de los seres vivos. Llamada también sal. Regula el metabolismo celular. Mantiene los niveles apropiados de la sangre. Está presente en todos los líquidos y tejidos. Regula los enzimas. Es importante por que interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con la ósmosis (bomba de potasio) y en la transmisión del impulso nervioso. Estimula el sistema inmunitario. Interviene en la ósmosis y la transmisión del impulso nervioso y también en los líquidos corporales. Actúa sobre el sistema nervioso central. Aumenta la vitalidad cerebral y nerviosa. Regula el sueño. En caso de carencia: Produce alteraciones análogas como la insuficiencia renal. Produce muchas enzimas. También está presente en la molécula de clorofila. Está presente en los pulmones, riñones, hígado, tiroides, cerebro, músculos y corazón. Produce los enzimas.


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Química La química y su entorno Hierro

Fe

Zinc Yodo Boro

Zn I B

Cromo

Cr

Cobalto

Co

Silicio

Si

Selenio

Se

Flúor

F

Molibdeno Litio

Mo Li

Forma parte de la hemoglobina. Produce los enzimas. Su carencia produce anemia. Interviene en el metabolismo de proteínas y ácidos nucleídos, buen funcionamiento del sistema inmunitario, necesario para la cicatrización de las heridas, interviene en las percepciones del gusto y el olfato y en la síntesis del ADN. Su carencia influye en el metabolismo celular. Mantenimiento de la estructura de la pared celular. Junto con la insulina interviene en el paso de la glucosa hacia el interior de las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. El hígado y los riñones son excelentes proveedores de cromo. Tiene utilidad como anti cancerígeno. Su carencia produce anemia y trastornos en el crecimiento. Presente en algunos tejidos conjuntivos y en las paredes celulares. Ayuda a producir proteínas especiales, llamadas enzimas antioxidantes, las cuales juegan un papel en la prevención del daño celular. Relacionado con el esmalte de los dientes y ayuda a la formación de los huesos dándoles una mayor resistencia. Tiene la función de transferir átomos de oxígeno al agua que se encuentra dentro en el nuestro cuerpo. Se considera Antidepresivo.

Tabla 2. Elementos químicos en el cuerpo humano. Fuente: http://goo.gl/YT1npM

Ya los hindús desde hace 2500 años, ya referían que “nuestro cuerpo es nuestra alimentación”, es porque los alimentos son la materia prima que nos ayuda a sobrevivir. Retomando la tabla anterior, una persona adulta está formada aproximadamente de:

Tabla 3. Elementos químicos de una persona adulta promedio. Fuente: http://goo.gl/406fWs


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1.4 Mediciones en la química De acuerdo con Benson, y recordando que la química se apoya en las matemáticas, estas mediciones las utilizaremos para hacer los cálculos pertinentes (Benson, 2000). Benson dice que medir es el valor resultante de la cantidad medida, la cual deberá estar conformada por el valor numérico junto con la unidad respectiva, por ejemplo 400 K+40 K= 440 K (grados kelvin, unidad de temperatura). Para obtener lo anterior se requiere de instrumentos, lo cual en química es muy usual, por ejemplo: flexómetro, pipetas, buretas, entre otros. A continuación te mostramos algunos instrumentos de medición.

Flexómetro: Instrumento utilizado para medir longitudes y determinar velocidades de cuerpos.

Pipeta: Instrumento que en éste caso es graduada y se utiliza para medir volumen de diversas sustancias químicas en forma líquida.

Bureta: Instrumento utilizado para medir volumen y realizar titulaciones, es decir valoraciones de alguna sustancia.

Termómetro: Instrumento para medir los diversos gradientes de temperatura tanto ambiental como de sustancias.

Balanza analítica: Instrumento que permite pesar diversas sustancias en diversas unidades de medida, como son: gramos, miligramos, entre otras.

Figura 10. Instrumentos de medición. Fuente: UnADM

En la figura anterior, te mostramos diversos instrumentos de medición de objetos o sustancias. El instrumento de medición proporcionará ciertas unidades para su lectura según correspondan, es decir la balanza te proporcionará un dato de masa, el flexómetro de longitud, las pipetas de mililitros y el termómetro de temperatura. Necesitamos comprender las unidades que nos arrojan los instrumentos, interpretándolos, y en dado caso, realizar diversas conversiones. A continuación, estudiaremos las unidades de medida.


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1.4.1 Unidades de medida Existen diversas unidades de medida (fig. 11) utilizadas en química. Sin embargo, su aplicación va más allá de esta disciplina, es decir las unidades de medida se usan en la física, en la ingeniería, en la biotecnología, en la tecnología ambiental, en las energías renovables, entre otras. Son una referencia que se debe tomar para realizar diversos cálculos y convertir de una unidad a otra. Existen diversas unidades, a continuación se bosquejan los sistemas que existen, con el nombre y las unidades que manejan:

Sistema Internacional de Unidades (SI). Es el más usado a nivel internacional, las unidades elementales son: m, Kg, seg, ampere, k, cd y el mol.

Sistema Métrico decimal. Fue el primer sistema de unidades.

Sistema cegesimal (CGS). Las unidades básicas para éste sistema son: el cm, el gramo (g) y segundo (s).

Sistema natural. Se seleccionan las variables que semejantes tengan un valor igual a 1.

Sistema técnico de unidades. Se basa principalmente en longitud (l), fuerza (F), el tiempo (t) y la temperatura (T).

Sistema anglosajon, conocido principalmente por países anglosajones, se utiliza poco, debido al uso del SI.

Figura 11. Sistema de unidades. Fuente: UnADM

Como puedes apreciar, a cada sistema le corresponde una unidad y en un momento dado podemos realizar conversiones entre unidades, siempre y cuando sean de la misma magnitud. Por ejemplo; se puede pasar de gramos, a libras, que es sistema anglosajón, porque ambas unidades expresan la misma magnitud. Otro ejemplo es la conversión de


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Química La química y su entorno litros a galones porque ambas unidades expresan volumen. A continuación, describimos cada uno de los sistemas de unidades.

1.4.2 Sistema métrico En el Sistema Métrico Decimal se relacionan múltiplos o submúltiplos de 10. Las magnitudes que se utilizan son las siguientes:

    

Longitud Masa Capacidad Volumen Superficie

Como puedes observar, el tiempo no se encuentra dentro de las anteriores magnitudes debido a que es una magnitud que pertenece al Sistema Cegesimal. La unidad para medir longitud es el metro, el cual se puede dividir en decímetros (dm), centímetros (cm) y en milímetros (mm). A esto se le denomina submúltiplos que son las cantidades pequeñas, en cambio los múltiplos son las unidades grandes como son: kilómetro (Km), hectómetro (Hm o hm) y el decámetro (dam). A continuación se muestran diversos múltiplos y submúltiplos.

Tabla 4. Múltiplos y submúltiplos. Fuente: http://goo.gl/qHE2vB

Entonces, cada unidad de longitud es igual a 10 unidades (fig. 12) que en orden es el inmediato superior o inferior, según se quiera calcular. Para orientación, revisa lo siguiente: Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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. Figura 12. Unidad de longitud. Fuente: http://goo.gl/cLRiyp

Los sistema de unidades se utilizan para transitar entre unidades, (fig. 13) siempre y cuando sean de la misma naturaleza, es decir se puede convertir 10 gramos a kilogramos o miligramos, pero la clave es que todas las unidades son de masa; por lo tanto, siempre debes tener a la mano una tabla periódica, tablas de equivalencia y tu calculadora. Las tablas puedes conseguirlas de manera electrónica o impresa en cualquier librería a precios económicos. Con la finalidad de entender mejor, veamos los siguientes ejemplos:

Figura 13. Ejemplo 1 de tránsito entre unidades. Fuente: http://goo.gl/cLRiyp

Nota: Cuando pasamos de una unidad mayor a una menor, como en este caso, vamos a multiplicar y cuando pasamos de una menor a una mayor dividimos.

Figura 14. Ejemplo 2 de tránsito entre unidades


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Química La química y su entorno Ejemplo 3 Si tuvieras que sumar unidades, tendrías que hacerlo con semejantes. Sumar lo siguiente: 43 g + 35 g = 78 g 257 m + 12 m = 269 m 79 cm + 10 m =

No se puede sumar debido a que son unidades diferentes.

Entonces ¿qué debes hacer? convertir todo a cm o todo a m. Caso a) todo a cm: 79 cm + 1000 cm = 1079 cm Caso b) todo a m 0.79 m + 10 m = 10.79 m Por lo tanto, los múltiplos y submúltiplos se pueden emplear para masa, longitud, entre otros. Pero qué sucede en superficies donde tenemos un metro de cada lado, es decir unidades cuadradas. El procedimiento es el mismo, solo debes considerar las siguientes equivalencias:

Tabla 5. Equivalencias de múltiplos y submúltiplos para unidades cuadradas.

Para el caso del volumen, de igual manera es el mismo procedimiento, pero ahora considerando la siguiente equivalencia:


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Tabla 6. Equivalencias de múltiplos y submúltiplos para volumen.

Después de estudiar cómo se aplican los múltiplos y submúltiplos en las unidades, a continuación explicaremos cada uno de los Sistemas de Unidades .

1.4.3 Sistema Internacional de Unidades Con la finalidad de homologar sistemas, lo cual resulta fácil y práctico, los científicos y técnicos llegan a un acuerdo en 1960 para implementar el Sistema Internacional de Unidades (SI). Este sistema se basa en el MKS ( Metro, Kilogramo y Segundo). El SI considera las siguientes unidades: el metro (m) para longitud para masa, el kilogramo (Kg) el segundo (s) para el tiempo el kelvin (K) para temperatura, el mol (mol) para la cantidad de sustancia el Newton (N) para fuerza al amperio (A) en el caso de corriente eléctrica y la candela (cd), para la intensidad luminosa, Sin embargo, cabe señalar que existen y están en uso todavía los demás sistemas de unidades y se verán en los siguientes temas. Las unidades anteriores, reciben también el nombre de unidades básicas, existiendo también las unidades derivadas, las cuales se muestran a continuación:


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Tabla 7. Unidades derivadas. Fuente: http://goo.gl/85G6cy

En el siguiente subtema se explica otro sistema, el sistema cegesimal.

1.4.4 Sistema Cegesimal El Sistema Cegesimal (CGS) es otro sistema que aún es utilizado en la actualidad. Sus siglas expresan lo siguiente: c, es el centímetro, g los gramos y s el segundo. Revísalo a continuación:

Tabla 8. Sistema Cegesimal. Fuente: http://images.slideplayer.es/2/1023179/slides/slide_3.jpg.


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Química La química y su entorno Existen otros sistemas como el natural y el técnico. En el sistema natural, las magnitudes empleadas son las del universo, por ejemplo: longitud, masa, carga eléctrica y temperatura. Haciendo que estas se tomen de base como constantes físicas y que tengan valor de 1, lo anterior fue propuesto por el científico Max Plank en 1899. Estas constantes se muestran enseguida:

Tabla 9. Constantes. Fuente: http://goo.gl/2yIYZt

Estas constantes tienen la ventaja de simplificar las ecuaciones físicas debido a que eliminan constantes de proporcionalidad, y así los resultados no van a depender de estas. El sistema técnico es cualquier sistema, pero las magnitudes que se consideran aquí son: longitud, fuerza, temperatura y tiempo. Este sistema está basado en el sistema métrico decimal.

Tabla 10. Sistema Técnico de Unidades. Fuente: http://goo.gl/CINsKH

Y por último, el sistema anglosajón, conocido de manera más común como sistema inglés, el cual se explica en el siguiente subtema.


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1.4.5 Sistema Inglés El sistema anglosajón es el conjunto de magnitudes, no métricas, que se utilizan hasta nuestros tiempos en los países de habla inglesa como Estados Unidos de Norteamérica y en algunos países con dominio anglosajón en América como, Jamaica, Bahamas, Panamá, Puerto Rico y Barbados. Sin embargo, las unidades de medida todavía se conservan en Londres, Inglaterra. Los datos históricos marcan que desde el imperio de Roma son utilizados, hoy en día hay diversas discusiones para sustituirlos por el Sistema Internacional con la finalidad de evitar discrepancias en los valores. A continuación, se muestran las equivalencias del sistema inglés al sistema métrico decimal:

Tabla 11. Equivalencias. Fuente: https://goo.gl/GRSDRe

Para concluir el estudio de estos sistemas debemos preguntarnos cuál es la utilidad de conocerlos. La respuesta es simple: los emplearás durante toda tu vida profesional y personal, debido a que en ocasiones tendrás que realizar conversiones de un sistema a otro.

1.5 Principales aplicaciones de la química El conocimiento de la química ha servido para explicar y entender lo que acontece a nuestro alrededor, asimismo nos permite evaluar, prevenir y controlar los procesos que en un determinado caso afecten al ambiente como la reducción de la capa de ozono, el cambio climático, entre otros. Por lo tanto, la química sigue probando, experimentando, hallando y explicando el cómo se dan las cosas y por qué suceden probando teorías, aplicaciones, entre otros. La química estudia la materia y sus distintas transformaciones en todos los estados de agregación utilizando el método científico para la experimentación y la prueba de hipótesis. Sus aplicaciones son diversas, puede estar presente en la industria de los alimentos, en conservas, en la industria del calzado, en un laboratorio de análisis clínicos, en la síntesis de nuevos productos que sean armónicos con el ambiente, es decir de fácil asimilación a algún medio como el acuoso, terrestre o aéreo, el uso de las energías alternativas como eólica, solar, geotérmica, biomasa, el uso de las células madre, para disminuir o eliminar Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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Química La química y su entorno las enfermedades crónico generativas y muchos usos más, todo esto con la finalidad de descubrir cosas nuevas, dar soluciones a las problemáticas que se presentar o a la mejora continua. Pero sí, se habrá que cuidar que los procesos industriales cuiden sus emisiones y residuos con la finalidad de no destruir el entorno.

1.5.1 Hogar La química está presente en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, estamos rodeados de productos manufacturados por la industria química empezando por nuestro propio hogar. Productos que usamos de manera constante y podemos encontrar en cualquier espacio de nuestra casa: cocina, baño, jardín y dormitorios, incluso en los materiales de construcción de las viviendas. Ejemplos:  

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Productos de limpieza y aseo personal Cosméticos, cremas y aceites Insecticidas Muebles Pinturas Aparatos electrodomésticos. Etc.

1.5.2 Industria de alimentos Desde el punto de vista de la fabricación de alimentos, un alimento es aquel producto y/o mezcla de diferentes sustancias que se utiliza para nutrir a un ser vivo y que lo ayuda a subsistir. Una de las contribuciones más importantes de la química es en la industria alimentaria. La química contribuye directamente en la manipulación, conservación y procesado de alimentos, principalmente. Sabor y coloración, son algunos ejemplos en el procesamiento de alimentos mediante adición de sustancias químicas. Actualmente, el uso de conservantes es una práctica común para la conservación y aplazar la descomposición de los alimentos.


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Figura 16. Ejemplo de alimentos y productos procesados. Fuente: http://goo.gl/XRTLaE

Para saber más sobre este tema que se relaciona con tu profesión, te invito a consultar “La química y la alimentación” en http://www.fquim.us.es/portal/C20/descargas/Uno/Id/T2204/alimentacion.pdf

1.5.3 Medicina Todos aquellos cambios en el cuerpo humano son reacciones químicas de ahí que sustancias propiamente químicas sean utilizadas para aliviar dolencias, tratar tumoraciones o cualquier alteración de la salud física y mental. Con la alquimia como base, la química está involucrada en el desarrollo y síntesis de moléculas orgánicas e inorgánicas para la creación de compuestos y sustancias aptas para uso médico y terapéutico. El desarrollo de la medicina se debe principalmente al avance tecnológico de la química, perfeccionamiento de la medicina alópata, vacunas, radiología, etc. Para concluir esta unidad, te podrás percatar que la química es parte de nosotros, no sólo porque estamos conformados por ella, sino porque está prácticamente en todo lo que nos rodea. Universidad Abierta y a Distancia de México | DCSBA

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Figura 17. Medicinas y su aplicación de la química. Fuente: http://goo.gl/ZZ6wuT


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Actividades La elaboración de las actividades estará guiada por tu docente en línea quien te indicará, a través de la Planeación didáctica del docente en línea , la dinámica que tú y tus compañeros (as) llevarán a cabo, así como los envíos que tendrás que realizar. Para el envío de tus trabajos usarás la siguiente nomenclatura: QUI_U1_A1_XXYZ, donde QUI corresponde a las siglas de la asignatura, U1 es la unidad de conocimiento, A# es el número y tipo de actividad, el cual debes sustituir considerando la actividad que se realices, XX son las primeras letras de tu nombre, Y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.

Autorreflexiones Para la parte de autorreflexiones, debes responder las Preguntas de Autorreflexión indicadas por tu docente en línea y enviar tu archivo. Cabe recordar que esta actividad tiene una ponderación del 10% de tu evaluación. Para el envío de tu autorreflexión utiliza la siguiente nomenclatura: QUI_U1_ATR _XXYZ, donde QUI corresponde a las siglas de la asignatura, U1 es la unidad de conocimiento, XX son las primeras letras de tu nombre, y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.


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Cierre de la unidad En la unidad 1 aprendiste la importancia de la química, sus disciplinas y subdisciplinas, y los instrumentos de medición de esta. También estudiaste la tabla periódica y su importancia. Para finalizar, aprendiste los diferentes sistemas de medición que existen y las conversiones que se pueden realizar entre ellas, conocimientos que te serán útiles para toda tu vida profesional y personal. Hablar de química no hace referencia únicamente a tubos de ensaye o configuraciones electrónicas, sino que va más allá al relacionarse con distintas ciencias como la biología, la física, la bioquímica, ente otras que repercuten favorablemente en variados ámbitos como la medicina, la industria de alimentos y el hogar como lo hemos constatado. Un ejemplo claro donde podemos ver la participación de un elemento químico de la tabla periódica es el sodio que en su forma de compuesto llamado Nitrito de Sodio es empleado para la conservación de diversas carnes industrializadas y procesadas como las salchichas, el jamón, el tocino, etc., lo que representa un problema de salud pública ya que el Nitrito de Sodio puede provocar la formación de nitrosaminas en los alimentos, un elemento cancerígeno; por lo que su regulación es muy importante durante la preparación de estos cárnicos. Después del estudio de los temas de la unidad 1, se pude constatar que se cumple la competencia específica pues se identifica a la química como una ciencia básica que tiene diversas aportaciones en los conocimientos científicos para el desarrollo de las sociedades y de la humanidad.


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Para saber más

(2011 ). El año internacional de la química [Video] Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=7DNmW7JCaU8

Pabón L. (2013). La importancia de la química [Video] Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=kEFcQYr79_4


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Romondino G. (2011). Los aportes de la química en la sociedad [Video] Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=Gy0lFrWUdqY


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Fuentes de consulta

Básicas       

Burns, R. (2002). Fundamentos de química. México: Pearson. De la Llata, M. (2001). Química inorgánica. México: Progreso. Galán, J. (1987). Sistemas de unidades físicas . Madrid: Reverté. Gutiérrez S. R. (2006) Introducción al Método científico . México: Esfinge Harry, G. (1980). Principios básicos de química. Sevilla: Reverté. Hepler, L. (2000). Principios de química. Valencia: Reverté. Hernández S. (1991) Metodología de investigación, México: McGrawHill

Complementarias   

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Barrow, G. (1975) Química Física.España: Reverté Bedillo, J. (2008). Macromoléculas. Texas: UNAM. Configuración electrónica de los elementos .(2015) Recuperado de: http://www.periodni.com/es/configuracion_electronica_de_los_elementos.html Foro permanente la química y sociedad. (s.f). La química y la alimentación. España: Federación empresarial de la química espalola. Retomado de: http://www.fquim.us.es/portal/C20/descargas/Uno/Id/T2204/alimentacion.pdf Gispert, J. (1997). Estructura atómica y enlace químico. España: Reverte La nutrición y la química (2011) Recuperado de: http://equipo4-2ftm.blogspot.mx/search?updated-min=2011-01-01T00:00:00-08:00&updatedmax=2012-01-01T00:00:00-08:00&max-results=6 Lenntech (2015). Tabla periódica. Retomado de: http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm Peña J., Ramírez R., y Esparza A., (2006) La tabla periódica nos cuenta su historia: Abril-Junio. México Cinvestav. Retomado


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Unidad 1 Química

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