Los cambios físicos son aquellos cambios que no modifican la naturaleza de la sustancia, es decir, las sustancias involucradas son las mismas antes y después del fenómeno. Los cambios químicos, por otro lado, son aquellos cambios en los que se modifica la naturaleza de la sustancia.
En este artículo, veremos qué son los cambios físicos y los cambios químicos. Caracterizaremos y daremos ejemplos de cada uno. ¡Adéntrate con nosotros a conocer sus diferencias!
Los fenómenos en la naturaleza
¿Qué significa todo esto? ¿Por qué es tan importante diferenciar correctamente ambos tipos ? ¿Conocés transformaciones que ocurran frecuentemente a tu alrededor? Para introducirnos en el tema, veamos la siguiente imagen:
Ahora imaginemos que pasan unos minutos y volvemos a sacar una fotografía desde el mismo lugar, sin haber movido la cámara. ¿Veremos exactamente lo mismo? No. Posiblemente veremos que: las flores, por acción del viento, estarán en diferentes lugares con respecto a la fotografía original. Algún insecto podría estar volando por encima de ellas. Además, ¿quién dice que, quizás, un grupo de amigos no podrían estar jugando por el fondo del paisaje?
Todo lo dicho anteriormente son cambios. Algunos, son rápidos y fácilmente visibles. Otros, pueden ser lentos o invisible a nuestros ojos. Pero eso invisible es esencial para nuestra existencia (aquí El Principito nos daría la razón). Por ejemplo, el pasto que vemos en la imagen sufre múltiples transformaciones en su interior que permiten que, a partir de dióxido de carbono, obtengan oxígeno que se libera al ambiente y permite que vivamos oxigenados. ¡Es incontable la cantidad de fenómenos que ocurren en la naturaleza! En todos los tipos de cambio que existen, está involucrada ni más ni menos que la energía. Sin energía, no hay cambios. Pero de ello nos encargaremos en otros artículos. ¡Te invitamos a verlo pinchando aquí!
Debido a la infinidad de cambios que existen, su estudio es tan importante, pero la gran cantidad de ellos hace que sea necesario clasificarlos.
Los TIPOS DE CAMBIOS en la naturaleza
Los cambios físicos
De acuerdo a la definición presentada en los primeros párrafos de este artículo, en un cambio físico las sustancias involucradas son las mismas antes y después de dicho cambio. Como ejemplo, tenemos a los cambios de estado. Durante la solidifación, el agua líquida se congela y se torna sólida. Ocurrió un cambio evidente, que cambio totalmente las propiedades organolépticas de la materia. Sin embargo, el agua sigue siendo agua, pues la sustancia no cambió. Todos los cambios de estado -como la fusión, la condensación, la sublimación o la evaporación- son físicos. Otros ejemplos de cambios de estado ocurren cuando un cuerpo es cambiado de un lugar a otro o bien cuando se parte un cuerpo en múltiples pedazos.
Los cambios químicos
Por su parte, de acuerdo a la definición presentada, en un cambio químico las sustancias involucradas no son las mismas antes y después del fenómeno. Los cambios químicos ocurren mediantereacciones químicas, que pueden ser modelizadas mediante ecuaciones químicas. Como todo cambio, involucran energía para que suceden. Muchos cambios químicos absorben energía, mientras que otros liberan energía. Es por ello que las reacciones químicas pueden ser clasificadas en reacciones exotérmicas (si liberan energía) o reacciones endotérmicas (si absorben energía). En conclusión, todas las reacciones químicas son cambios químicos. Por ejemplo, la fotosíntesis es un cambio químico, pues se obtiene O2 y glucosa a partir de CO2 y H2O en presencia de luz solar en los cloroplastos de las plantas.
En artículos anteriores de Ensamble de Ideas, hemos visto que la energía no se crea ni se destruye. La primera ley de la termodinámica nos afirmaba que la energía, esa capacidad de poder realizar un trabajo, podía transformarse de un tipo a otro, así como a partir de la energía del viento, que llamábamos energía eólica, podíamos obtener energía eléctrica. Esto es válido en todos los ámbitos y decimos que la energía se conserva.
La energía es la capacidad que tiene un sistema de producir un trabajo, esto es, la capacidad que presenta de realizar algún tipo de cambio en un sistema, ya sea físico o químico. En otras palabras, todo cambio requiere de energía para que suceda.
¿Sabes de dónde proviene la energía que utilizas en este momento para leer y comprender este texto? Continúa leyendo para enterarte de todo esto y más, pues analizaremos un caso práctico de conservación de la energía mecánica en una montaña rusa.
La conservación de la energía en la vida cotidiana.
Conservación de energía en la naturaleza
La energía que utilizas día a día en tu vida cotidiana proviene, sin duda, de los alimentos que has ingerido en las últimas horas. Por ejemplo, un almuerzo puede estar constituido por un bife de carne vacuna y algunas verduras frescas que has puesto en tu ensalada. Esos alimentos tienen, en las moléculas que lo conforman, energía química acumulada en sus enlaces. Esa energía es la que tú utilizas al leer esto, o bien al jugar un partido de fútbol o al correr el bus que te lleva a la escuela, universidad o trabajo. ¿Esa energía siempre estuvo ahí? Seguro que estás adivinando la respuesta: claro que no. (Y claro, te lo habíamos adelantado al principio de este tedioso texto.)
Es evidente que la energía presente en el animal, como la vaca o cerdo, ha provenido de los alimentos que consumió. Por ejemplo, la vaca, herbívora, ha conseguido su energía del vegetal consumido. ¿Y éste? Por fotosíntesis, ha transformado la energía lumínica proveniente del Sol en energía química. La energía lumínica se produce en el Sol por reacciones nucleares en su interior. Como vemos, todo esto es un claro ejemplo de cómo se conserva la energía.
Entonces, la energía que utilizamos para bailar en un boliche, ¿proviene indirectamente del Sol? ¡Correcto! La energía siempre se conserva. ¿Puedes imaginarte qué transformaciones de la energía ocurren durante el funcionamiento de una licuadora?
La energía eléctrica que utiliza el aparato proviene de centrales eléctricas, que pueden obtener energía a partir de la energía hidráulica (como en una central hidroeléctrica), de energía eólica (como en una planta eólica), de la energía de combustibles fósiles (como las centrales térmicas), de la energía nuclear (como en una central nuclear), de la energía solar, etc. Esta energía eléctrica es transformada en otros tipos de energía, tal como la energía cinética con la que se licúan nuestros alimentos.
¿Toda la energía eléctrica es transformada en energía cinética en una licuadora? Claro que no. Lamentablemente, la eficiencia de los artefactos eléctricos no es del 100%, sino que una considerable parte de la energía se disipa en forma de calor al ambiente. Muchas veces, como en nuestra licuadora, una parte de la energía eléctrica también puede transformarse en energía sonora. ¡Otro gran ejemplo de transformación de la energía! Así vemos cómo se cumple, nuevamente, la primera ley de la termodinámica.
La conservación de la energía en una montaña rusa.
Sin ir más lejos, en el día a día encontramos múltiples ejemplos de la energía y su conservación. Analicemos un último caso más.
Ante todo, recordemos algunos conceptos físicos importantes: cuando un objeto se encuentra a cierta altura, presenta energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g}\)). Por otro lado, si un objeto se encuentra en movimiento, presenta energía cinética (\( E_c \) ). La suma de energía potencial más energía cinética es llamada energía mecánica. En conclusión, \( E_m=E_{p_g}+E_c \) .
Ahora, imaginemos una montaña rusa. En el punto más alto, antes de que se inicie la vertiginosa caída (punto al que llamaremos “A”), el carrito presenta energía potencial gravitatoria máxima, sin energía cinética pues se encuentra quieto. Según lo expresado en el párrafo anterior, la energía mecánica del carrito en “A” es igual, en este caso, a la energía potencial gravitatoria, pues la energía cinética en “A” es cero. A medida que el carrito caiga, la energía potencial disminuye (pues disminuye la altura) y la energía cinética aumenta (pues la velocidad va aumentando). Llamaremos “B” a algún punto que se encuentre entre “A” y el punto más bajo de la trayectoria.
Sin embargo, la suma de ambas energías, que es igual a la energía mecánica, se conserva en todo momento. Es decir, la energía mecánica se conserva (¡y en todo punto de la trayectoria!). Al llegar al punto más bajo, que llamaremos “C”, observamos que la energía cinética es máxima y la energía potencial gravitatoria es nula.
La suma de ambas, claro está, es la energía mecánica y vale lo mismo que en “A” y en “B”. Cuando el carrito siga su recorrido, podrá volver a alcanzar el punto más alto, pero no podrá superarlo, pues el carrito no tendrá la suficiente energía mecánica para hacerlo. Esto es válido si consideramos una montaña rusa ideal, en la que hipotéticamente no exista rozamiento entre el carrito y el riel, así como entre el carrito y el aire.
En los casos reales, parte de la energía mecánica se disipa en forma de calor al ambiente. Esto último no significa que “se pierda” energía. La energía total, la mecánica más la disipada en forma de calor -o algún otro tipo de energía como sonora o lumínica-, será constante, ¡siempre! Es decir, la conservación de la EM (Energía Mecánica)se cumplirá en cualquier situación, como establece la Primera Ley de la Termodinámica.
¿Cómo hacer ejercicios de CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA?
Para realizar un ejercicio de física sobre CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA, debemos tener en cuenta algunas cosas:
Conceptos principales sobre CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Analicemos teóricamente, en forma de conclsusión, los principios básicos de la conservación de la EM:
(I) La energía mecánica (\( E_m \) ) es igual a la suma de energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g} \)) más la energía cinética ( \( E_c \) ). Es decir: \( E_m = E_{p_g}+E_c) \) .
(II) La energía mecánica se conserva SÓLO si no hay fuerzas de rozamiento actuando, tales como la fuerza del rozamiento con el aire o con el piso.
(III) Consideraremos el valor de la fuerza de gravedad en la Tierra como \( \left | g \right |=10 \frac{m}{s^{2}}\) (sólo para hacer más fáciles las cuentas). En caso de que tú lo hagas con el valor de \( \left | g \right |=9,8 \frac{m}{s^{2}} \), el procedimiento es el mismo. Sólo cambia el valor de \( \left | g \right | \) por el que tú tomes. De acuerdo con esto, si estamos hablando de un ejercicio que considera que estamos en la Luna, por ejemplo, el valor de \( \left | g \right | \) corresponderá a \( 1,6 \frac{m}{s^{2}} \) .
(IV) La teoría relacionada con la conservación de energía mecánica nos dice que \(\Delta E_m=0 \).
¿Qué significa esto? Que la energía mecánica final siempre es igual a a la energía mecánica inicial. En otras palabras, ¡La energía mecánica se conserva siempre en todo el movimiento! Presten mucha atención a esta frase, pues será de gran utilidad.
Una vez que tuvimos en cuenta esas pequeñas aclaraciones, es hora de realizar algunos ejercicios:
Ejercicios Prácticos de Conservación de la Energía Mecánica
Ejemplo 1
1. ¿Con qué velocidad toca el suelo una pelota que se deja caer desde 20m de altura?
Típico ejercicio de examen. Para resolverlo, consideraremos que no hay fuerzas de rozamiento con el aire durante la caída.
Veamos la siguiente representación de lo que expresa el enunciado:
En el punto más alto, la pelota se deja caer. Es importante aclarar que “se deja caer” es equivalente a decir que la velocidad inicial de la pelota es 0, es decir: \( v_i=0\) . En ese punto, la energía mecánica estará dada por:
\( E_{m_i}=E_{p_g}+E_c \)
Como \( E_{p_g}=m\cdot g\cdot h \) y \( E_c=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2 \) , entonces:
\( \left | v \right |=\sqrt{\frac{10\frac{m}{s^{2}}\cdot 20m}{\frac{1}{2}}}=20\frac{m}{s} \)
¡Y listo!
Ejemplo 2
2. Dada la siguiente situación de un carrito de 8kg:
Datos: Masa del carrito = 8 kg. X (estiramiento del resorte) = 0,81 metros. K (constante de elasticidad) = 10,2 N/m
Calcular:
La energía potencial elástica del carrito en el punto A.
La energía cinética del carrito cuando éste está quieto (v=0 m/s)
Calcular la energía potencial gravitatoria del carrito en el punto A y en el punto B.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto A. Tener en cuenta que la velocidad en el punto A es 0 m/s.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto B.
1. a) La energía potencial elástica del carrito (\( E_{p_{e}} \)) en el punto A viene dada por la expresión: \( E_{p_{e}}=\frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2}\), siendo k la constante elástica del resorte (k=10,2 N/m) y X, el estiramiento del resorte (X=0,81m). Reemplazando los valores:
b) La energía cinética (\( E_{c} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{c}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2}\), siendo m la masa del cuerpo y v, la velocidad. Como el cuerpo, según el enunciado, está quieto, entonces la energía cinética vale 0J.
c) La energía potencial gravitatoria (\( E_{p_{g}} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{p_{g}}=m\cdot g \cdot h\), donde m es la masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad (\( g=9,8\frac{m}{s^{2}}\) y h es la altura del cuerpo. Según el enunciado, la masa del cuerpo es de 8kg.
En el punto A, la altura es de 20m, por lo que la energía potencial gravitatoria será:
Mientras que en el punto B, en donde la altura es 0m, la energía potencial gravitatoria será de 0J, puesto que no hay altura.
d) La expresión de la energía mecánica es: \( E_{m}= E_{p_{g}} + E_{c} + E_{p_{e}} = m\cdot g \cdot h + \frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2} + \frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2} \). Sabiendo que, en el punto A, la altura es de 20m y la velocidad del carrito es de 0 m/s, entonces:
Este valor también podría haber sido hallado sumando los resultados obtenidos en los puntos anteriores.
e) La energía mecánica se conserva en toda la trayectoria, por lo que la energía mecánica en B será igual a la energía mecánica en A: \( E_{m_{B}}= 1571,35J\)
Actividades
En todos los casos se considerará que los fenómenos detallados ocurren en cercanías de la Tierra, a menos que se exprese otra cosa. Se considerará que la aceleración de la gravedad es de g=9,8 m/s². Los resultados pueden variar ligeramente respecto de los tuyos teniendo en cuenta el valor de g utilizado o el redondeo que hayas hecho en cada paso.
¿Qué es la energía potencial gravitatoria?
Un cuerpo de 65 kg se encuentra a una altura de 45m y luego asciende 25m. ¿En qué punto tiene el cuerpo mayor energía potencial?
¿Qué diferencia existe entre peso y masa? Definir cada término.
¿Cuál es el peso de un objeto en la Tierra cuya masa es de 5kg? Rta: 49N
Un alumno tiene una masa de 65kg. ¿Cuánto vale su peso? Rta: 637N
Si el alumno anterior se fuera a la Luna, ¿cuánto pesaría allí si la gravedad lunar es de 1,6 m/s2? Rta: 104 N
El alumno anterior, que ya está cansado de viajar a través del espacio, se va a Marte y descubre que pesa 241,15 N. ¿Cuánto vale la gravedad allí? Rta: g=3,71 m/s2.
Un objeto pesa en la Tierra unos 130 N. ¿Cuánto vale su masa? Rta: 13,27kg
Una bolsa de compras que tiene 1kg de papas adentro se encuentra colocada en un costado del supermercado. a) ¿Cuánto pesa la bolsa de papas? b) ¿Cuánto vale su energía potencial? Rta: a) 9,8N; b) 0J
Y si la bolsa que avanza por un camino es levantada a una altura de 1,5 m… Calcular: La energía potencial de la bolsa a esa altura. Rta: 14,7J
¿Cuánto vale la energía potencial de un objeto de 34kg ubicado en la terraza de un edificio de 49 m de altura? Rta: 16 326J
El peso de una bola es de 5N. Se está por tirar desde un puente a 30 m de altura. Calcular su energía potencial. Rta: 150J
La energía potencial de una pelota a 36 metros de altura es de 720J. ¿Cuál es su masa? Rta: 2,04kg.
Un cuerpo de 3,5kg de masa tiene una energía potencial gravitatoria de 112J. ¿A qué altura se encuentra? Rta: 3,26m
¿Qué es la energía cinética? ¿Qué fórmula se usa para calcularla?
¿Qué es la energía mecánica?
Pasar de m/s a km/h o viceversa según corresponda: a) 12m/s a km/h; b) 72km/h a m/s; c) 25,6m/s a km/h; d) 23m/s a km/h; e) 340km/h a m/s.Rta: a) 43,2 km/h; b) 20 m/s; c) 92,16km/h; d) 82,8 km/h; e) 94,44 m/s
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 20m/s y tiene una masa de 500kg? Rta: 100.000J
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 25km/h y tiene una masa de 500kg? Rta: 12.040,9J
¿Cuál es la energía cinética de un pájaro que circula a 25km/h y tiene una masa de 1000g? Rta: 24,11J
¿Cuál es la masa de un objeto que se mueve a razón de 3m/s y su energía cinética es de 11,25J? Rta: 2,5kg.
¿Cuál es la velocidad de un objeto que circula con una energía cinética de 54J y tiene una masa de 3kg? Rta: 6m/s.
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 3kg que se mueve a 2m/s y se encuentra a una altura de 10m? Rta:300J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 2kg que se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:64,2J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto que pesa 20N, se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:65,5J.
¿Cuál es la energía mecánica del móvil del ejercicio 14? Rta: Su energía mecánica vale lo mismo que su energía potencial porque no se encuentra en movimiento. Es, entonces, 112J.
Con el cursor, envía a nuestro patinador hacia la cima de la rampa de patinaje.
Suéltalo y asegúrate de tener activadas la casilla de “Gráfico de Barras”, para que tu pantalla quede como se muestra a continuación:
A medida que cae, observarás que, en el gráfico de barras, se producen modificaciones. ¿Qué variables van cambiando? ¿Cómo lo hacen? Describir el cambio observado. ¿Cuál se mantiene constante?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro querido patinador toca el suelo? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro valiente patinador alcanza los puntos más altos de la rampa? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
Modifica la masa del patinador. ¿Qué sucede con la energía total cuando la colocamos en “pequeña” y en “grande”?
En la cromatografía, se realiza un proceso de separación de los componentes de una solución, basándonos en las diferentes velocidades con que se mueve cada una de las sustancias de la solución a través de un medio poroso, al ser arrastradas por el solvente cuando se desplaza. Es aquí donde distinguimos, dos fases: la fase estacionaria y la fase móvil. La fase estacionaria es el medio poroso, como puede serlo un papel secante o gel de sílice, y la fase móvil es aquélla que se desplaza.
La cromatografía es un método para separar mezclas homogéneas basado en la velocidad de movimiento de las sustancias a través de un medio poroso cuando son arrastradas por el solvente.
Los componentes de la mezcla tienen diferente afinidad por la fase estacionaria y por el solvente. Cuando mayor sea la afinidad por la fase fija y menos por la fase móvil, más lentamente se desplazarán y, a la inversa, cuanto menos afinidad tengan por la fase fija y más afinidad tengan por la fase móvil, más rápidamente se desplazarán. Esto produce la separación de los solutos de la solución, debido a que cada soluto invierte un tiempo diferente en recorrer el medio poroso. Una vez separados los solutos en el papel, estamos en presencia de un cromatograma.
Existen varios tipos de cromatografía, entre las que podemos encontrar la cromatografía de papel, de capa fina o de columna, dependiendo el soporte en el que se lleve a cabo la cromatografía.
Te recomendamos una sencilla experiencia para realizar tu propia cromatografía, donde podrás separar de manera divertida muchos pigmentos que esconde una planta como la acelga. Anímate:
Experiencia 1: Cromatografía de las hojas de la acelga.
Objetivo:
PARA EL ÁREA DE BIOLOGÍA:
Separar y analizar, mediante una sencilla cromatografía, los pigmentos que se encuentran en el interior de los cloroplastos (organelas de las células vegetales), tales como la clorofila, la xantofila y los carotenos.
PARA EL ÁREA DE FISICOQUÍMICA:
Realizar una cromatografía sencilla de las hojas de una acelga con el objetivo de separar los distintos componentes de una solución de clorofila, xantofila, carotenos y alcohol.
Materiales:
1 paquete de acelga.
1 mortero.
1 colador de red metálica (parecida a los que se utilizan, en Argentina, para hacer mate cocido).
500 ml de alcohol etílico medicinal.
1 tupper cuadrado o con forma de prisma, de tamaño mediano o grande.
1 papel secante.
Procedimiento:
Lavar bien las hojas de acelga. Esto no es obligatorio, pero el resultado será mucho mejor cuanto menos impurezas haya en los materiales.
Trozar las hojas de la acelga en pequeños pedazos. Es importante que cortes sólo las hojas, dejando fuera las nervaduras (es decir, las “venas” que pueden observarse en las hojas) y los tallos.
Colocar los pequeños pedazos en un mortero.
Cubrir los trozos con alcohol etílico.
Machacar la acelga, con el mortero, hasta que se obtenga un líquido de color verde fuerte.
Colar la mezcla en un tupper, haciendo uso del colador metálico.
Doblar levemente (pero no completamente) la hoja secante por la mitad, de manera que tenga la posibilidad de quedar parado cuando se lo apoya en una superficie.
Colocar el papel secante dentro del tupper delicadamente.
Esperar de dos a tres horas y observar resultados.
Conclusiones
Para el Área de Biología:
¿Qué sucedió con el papel secante? Observarás que parte de la solución verdosa comenzó a subir por el mismo, dejando una franja de color verde oscuro, que corresponde a la clorofila a que se encuentra en las hojas, un pigmento presente en los cloroplastos muy importante para la fotosíntesis de la planta. Asimismo, se verá una franja de color verde claro (que corresponde a la clorofila b), también de suma importancia para la fotosíntesis. Luego, se notará una franja de color amarillento. Esto corresponde a la xantofila. Una franja transparente vendrá después, que será alcohol, nuestro solvente. Y por último, una pequeña franja roja, que son los carotenos. Estos están presentes en gran cantidad en zapallos y zanahorias. Cabe destacar que las plantas posen todos estos pigmentos, mas algunos como la xantofila y los carotenos sólo se hacen visibles cuando llega el otoño y las bajas temperaturas no permite que se sintetice clorofila. Es decir, el verde de la clorofila “enmascara” los demás pigmentos, que no se ven fácilmente.
¿Cuál es la función en la planta de cada uno de los pigmentos presentes en los cloroplastos?
¿En qué compartimientos dentro de los cloroplastos se encuentran dichos pigmentos? Se espera que el alumno logre modelizar y describir la estructura interna de un cloroplasto, diferenciando, por ejemplo, granas, tilacoides, etc.
Para el Área de Fisicoquímica
¿Qué sucedió con el papel secante? (Esta respuesta es idéntica a la presentada para el área de biología.)
¿Qué clase de sistema material es el líquido verde formado inicialmente? ¿Por qué decimos que es una solución?
¿Cuál es el solvente utilizado en la experiencia? ¿Podría haberse usado agua? ¿Por qué?
¿Cuáles son las características básicas de una cromatografía? ¿Cuál es la fase dispersa y la fase móvil en esta experiencia?
Intenta colocar una tiza en vez de un papel secante en la experiencia. ¿El resultado es similar?
¡También puedes realizar esta experiencia con un fibrón, siendo capaz de separ los componentes que están disueltos en su tinta! Para ello, te invitamos a hacer click en el artículo que Ensamble de Ideas te trae para ello:
Experimento 2: Cromatografía de tinta de fibrón (marcador).
Objetivo:
Realizar una cromatografía sencilla de la tinta de dos fibrones de diferente color o marca, con el fin de separar los pigmentos que poseen disueltos.
Materiales:
Dos fibrones indelebles de diferente color o marca.
Un vaso de precipitados (en su defecto, un vaso transparante de vidrio).
Dos tiras de papel secante.
Alcohol (u otro solvente similar).
Procedimiento:
Trazar una pequeña línea horizontal con un fibrón distinto en cada tira de papel a 1cm del borde.
Pegar las tiras en las paredes internas de un recipiente que contenga el solvente, como el alcohol, sin que las marcas lo toquen.
Dejar que el solvente, absorbido por el papel, ascienda por la tira de papel y arrastre los componentes del fibrón afines a él.
Observar y anotar resultados: al finalizar la cromatografía, se pueden observar en el cromatograma, separados, los distintos pigmentos (es decir, los distintos solutos) que componen cada tinta de cada fibrón.
Conclusiones
¿Qué sucedió con el papel secante?
¿Qué clase de sistema material es la tinta del fibrón? ¿Por qué decimos que es una solución?
¿Cuál es el solvente utilizado en la experiencia? ¿Podría haberse usado agua? ¿Por qué?
¿Cuáles son las características básicas de una cromatografía? ¿Cuál es la fase dispersa y la fase móvil en esta experiencia?
Cromatografía – Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII
Hemos visto en otros artículos que a los cambios químicos (esos fenómenos en los que cambia la naturaleza de las sustancias involucradas en el proceso) se los denomina reacciones químicas, que consisten en una combinación de átomos para formar nuevas sustancias o en la descomposición de compuestos en sus átomos u otras sustancias. Hemos visto también que a estas reacciones químicas se las puede modelizar mediante ecuaciones químicas. En esta oportunidad, analizaremos los tipos de reacciones químicas más populares.
Los tipos de reacciones químicas
De acuerdo a la ubicación y reubicación de átomos entre compuestos involucrados en el cambio químico, a la variación de los números de oxidación de los átomos involucrados y la energía que se pone en juego en el proceso, podemos clasificar las reacciones químicas en:
Reacciones químicas de síntesis
Una reacción de síntesis, en química, es una reacción que implica la combinación directa de dos o más reactivos para generar un producto. Los reactivos pueden ser átomos o compuestos. Se pueden simbolizar de la siguiente forma: \( A+B\rightarrow C\) . En otras palabras, dos o más reactivos se combinan para dar lugar a un sólo producto final.
Reacciones químicas de descomposición
Una reacción de descomposición, en química, es una reacción en la que un único reactivo se descompone y forma dos o más productos. Son reacciones teóricamente opuestas a las reacciones de síntesis y se pueden simbolizar de la siguiente forma: \( A\rightarrow B+C\).
En el caso en el que las reacciones de descomposición se produzcan por la presencia de un agente externo, pueden ser clasificadas en tres tipos diferentes. Veamos cada una de ellas:
Reacción térmica. Estas reacciones son producidas por la presencia de una temperatura elevada.
Reacción electrolítica. Estas reacciones son producidas por la presencia de una corriente eléctrica). Por ejemplo, la electrólisis del agua ocurre cuando se le hace pasar una corriente eléctrica al H2O, dando lugar al hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso según: H2O (l) → H2 (g) + O2 (g)
Reacción catalítica (producida por la acción de un catalizador). En nuestro organismo, ocurren numerosas reacciones de este tipo. Por ejemplo, el almidón que contiene ciertos alimentos es descompuesto en la boca a maltosa, por acción de la amilasa salivar, un catalizador biológico presente en la saliva. ¿Lo sabías?
Reacciones químicas de sustitución simple
Una reacción de sustitución simple, en química, es una reacción en la que un átomo reemplaza a otro que forma parte de un compuesto. Esta reacción puede ser modelizada según la ecuación:
A+BC→AB+C
Reacciones químicas de sustitución doble
Una reacción de sustitución doble, en química, es una reacción semejante a la de sustitución simple, sólo que, en esta clase de reacciones, los iones en solución acuosa de dos compuestos intercambian sus posiciones, generando, por ejemplo, un compuesto poco miscible con el agua. Uno de los productos, de carácter sólido, precipita al fondo del recipiente en donde ocurre la reacción química. Esta clase de reacciones puede ser modelizada según la ecuación:
\( AB+CD\rightarrow AC+BD\)
Un ejemplo de reacción de síntesis es la reacción del nitrato de plata con el bromuro de litio:
AgNO3 (ac) + LiBr (ac) → LiNO3(ac) + AgBr (s)
Como se observa, hubo un “intercambio” de lugares entre los compuestos involucrados.
Reacciones químicas Rédox (óxido-reducción)
Las reacciones rédox o de óxido-reducción son aquéllas en las que cambia el número de oxidación de los átomos involucrados. En el artículo de nomenclatura de hidruros, hemos definido como número de oxidación a la carga asignada a cada átomo de un compuesto químico. Por ejemplo, veamos el caso de la formación de óxido ferroso:
2 Fe (s) + O2 (g) → 2 FeO (s)
Aquí, el número de oxidación del hierro como reactivo es 0, mientras que la del oxígeno, también. En los productos, el hierro tiene número de oxidación +2 (se oxidó) y el oxígeno tiene número de oxidación -2 (se redujo).
Reacciones químicas de neutralización
Las reacciones de neutralización son aquellas reacciones en las que se hace combinar un ácido con una base para formar una sal y agua, según la ecuación:
ÁCIDO + BASE → SAL + H2O
Un ejemplo de reacción de neutralización es la que ocurre entre el ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido de sodio (NaOH), según:
HCl (ac) + NaOH (ac) → NaCl (ac) + H2O (l)
Reacciones químicas endotérmicas
Las reacciones endotérmicas son aquellas reacciones químicas que absorben energía durante el fenómeno químico. Por ejemplo, la descomposición del agua en hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso es una reacción endotérmica, pues necesita de energía para que se produzca, según:
2 H2O (l) + energía → 2 H2 (g) + O2 (g)
Reacciones químicas exotérmicas
Las reacciones exotérmicas son aquellas reacciones químicas que liberan energía durante el fenómeno químico. Por ejemplo, la combustión del metano es una reacción exotérmica, pues libera energía en forma de luz y calor al producirse, según:
Las fórmulas de Lewis permiten visualizar la manera en que los electrones se vinculan en una molécula. No obstante, al dibujar la estructura según Lewis, lo hacemos en un plano; es decir, sobre el papel. No tenemos en cuenta que las moléculas o cualquier otra partícula se encuentran en espacios tridimensionales.
Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia o TRePEV
La forma de la molécula y su polaridad es muy importante para la química, pues gracias a su estudio podemos comprender algunas propiedades de cada sustancia, como la solubilidad o los puntos de ebullición. La Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia o TRePEV es un modelo teórico que se utiliza para representar la geometría molecular, elaborada por los ingleses Nevil V. Sidgwick y Herbert Powell en la década del 1940. Ellos, experimentalmente, comprobaron la forma de algunas moléculas y enunciaron:
Los electrones de valencia de los átomos que componen la molécula o ion se distribuyen en pares, alrededor de un átomo central.
Como los pares de electrones se repelen entre sí, ocupan en el espacio posiciones en las cuales la repulsión sea mínima (lo más alejados que sea posible).
Los pares de electrones no compartidos (pares de electrones libres), se repelen con mayor intensidad, por lo cual ocupan mayor espacio.
Los enlaces dobles o triples se indican como simples (se considera que el efecto que producen es equivalente).
En pocas palabras, la teoría de Sidgwick y Powell nos dice que los electrones se orientan en el espacio, de manera que la distancia entre ellos sea máxima, para que la repulsión de sus nubes electrónicas sea mínima.
La teoría del calórico fue una explicación científica aceptada durante mucho tiempo para entender el calor y los procesos de transferencia de energía térmica. Según esta teoría, el calórico era una sustancia invisible que fluía de un objeto caliente a uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor.
La teoría del calórico fue una explicación científica aceptada durante mucho tiempo para entender el calor y los procesos de transferencia de energía térmica. Según esta teoría, el calórico era una sustancia invisible que fluía de un objeto caliente a uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor.
De acuerdo con la teoría del calórico, el calentamiento de un objeto estaba relacionado con la cantidad de calórico que contenía. A medida que el calórico fluía hacia un objeto frío, se creía que el objeto se calentaba a medida que acumulaba calórico.
Sin embargo, a medida que avanzó la investigación científica, surgieron evidencias experimentales que contradecían la teoría del calórico. Uno de los descubrimientos más significativos fue la ley de conservación de la energía, que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sino que solo puede transformarse de una forma a otra. Esta ley contradecía la noción de una sustancia calórica que se podía transferir de un cuerpo a otro.
La teoría cinética-molecular reemplazó la teoría del calórico como una explicación más precisa del calor. Según la teoría cinética-molecular, el calor se debe al movimiento aleatorio de átomos y moléculas en un objeto, y su transferencia se produce mediante la colisión de estas partículas. Esta nueva teoría fue respaldada por evidencias experimentales y explicaba mejor los fenómenos térmicos.
Características principales del calórico
El calórico es una sustancia contenida en los cuerpos, invisible.
El calórico fluye desde un cuerpo más caliente a uno más frío. Este flujo continúa hasta que se igualen las temperaturas.
Un cuerpo frío pesa lo mismo que un cuerpo caliente. Esto significa que el calórico no tiene peso. Se dice, entonces, que es imponderable.
Se pensaba que el calórico estaba contenido en una especie de vesículas. Según la teoría, dos cuerpos que se frotan elevan su temperatura sin que la cantidad de calor total haya variado. La fricción, enuncia, modificaría el calor específico del material pues se romperían las vesículas propuestas. Esto provocaría un aumento de temperatura y un aparente aumento de calor.
Cuando un cuerpo cambia de estado, debido a que hay un flujo de calor desde un cuerpo caliente a otro, la temperatura del cuerpo que se funde o volatiliza no cambia, no aumenta. Para explicar esto, la teoría del calórico considera que dicha sustancia está “escondido temporalmente” y que puede recuperarse condensando el vapor o simplificando el líquido.
La historia detrás del calórico.
A mediados del Siglo XVIII, se creía que los fenómenos térmicos se debían a la existencia de una sustancia llamada calórico, nombre acuñado por primera vez por Lavoisier[note]
Antoine-Laurent de Lavoisier fue un influyente químico, biólogo y economista francés del siglo XVIII, nacido el 26 de agosto de 1743 en París, Francia, y fallecido el 8 de mayo de 1794 en la misma ciudad. Es ampliamente reconocido como el padre de la química moderna debido a sus contribuciones revolucionarias al campo.
Lavoisier fue educado en la Universidad de París, donde se graduó en leyes en 1764, pero su verdadera pasión estaba en la ciencia, especialmente en la química. Pronto abandonó la práctica legal para dedicarse por completo a la investigación científica.
Una de las contribuciones más importantes de Lavoisier fue la formulación de la ley de conservación de la masa, que establece que la masa total de los productos de una reacción química es igual a la masa total de los reactivos. Esto marcó un cambio fundamental en la comprensión de la química, alejándose de la antigua teoría de la flogisto.
Junto con su esposa, Marie-Anne Pierrette Paulze, Lavoisier llevó a cabo experimentos pioneros en la combustión y la respiración, descubriendo la naturaleza del oxígeno y el proceso de oxidación. También trabajó en la estandarización de nomenclatura química y en la formulación de una teoría sobre la composición del agua.
Sin embargo, su carrera científica fue truncada por la Revolución Francesa. A pesar de sus importantes contribuciones a la ciencia, Lavoisier fue arrestado durante el Reinado del Terror y ejecutado en la guillotina en 1794, a la edad de 50 años. Su muerte fue una gran pérdida para la comunidad científica, pero su legado perdura como uno de los pilares fundamentales de la química moderna.[/note]
en 1787. A la luz de los conocimientos de hoy en día, sabemos que no existe y que el calor no es más ni menos que transferencia de energía desde un cuerpo caliente a un cuerpo frío.
Sin embargo, a medida que avanzó la investigación científica y se desarrollaron métodos más precisos de medición, surgieron evidencias experimentales que contradecían la teoría del calórico. Uno de los descubrimientos más significativos fue la ley de conservación de la energía, que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sino que solo puede transformarse de una forma a otra. Esta ley contradecía la noción de una sustancia calórica que se podía transferir de un cuerpo a otro.
En conclusión, la teoría del calórico fue una explicación válida en su época para comprender los fenómenos térmicos, pero ha sido reemplazada por la teoría cinética-molecular debido a las evidencias experimentales y las leyes fundamentales de la conservación de la energía. La comprensión actual del calor se basa en la idea de que es una forma de energía que se transfiere mediante el movimiento de partículas, en lugar de una sustancia calórica que fluye de un objeto a otro.
Actividades
A. Realiza un resumen de lo más importante del texto de este artículo.
B. Indica si las siguientes oraciones son verdaderas o falsas:
El calórico era una sustancia invisible que fluye de un objeto caliente a uno frío. (Verdadero/Falso)
Según la teoría del calórico, el calentamiento de un objeto está relacionado con la cantidad de calórico que contiene. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico explica cómo se transfiere el calor entre los objetos. (Verdadero/Falso)
La ley de conservación de la energía apoya la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría cinética-molecular reemplazó a la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
El movimiento de partículas en un objeto es la causa del calor según la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico sigue siendo ampliamente aceptada y utilizada en la actualidad. (Verdadero/Falso)
Las evidencias experimentales contradicen la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
La teoría del calórico se basa en la idea de que el calor es una forma de energía. (Verdadero/Falso)
La transferencia de calor se produce mediante la colisión de partículas, según la teoría del calórico. (Verdadero/Falso)
Clave de respuestas:
Puedes corroborar tus resultados expandiendo aquí [note]
A. Resumen de contenidos:
La teoría del calórico, aceptada durante mucho tiempo, postulaba que el calórico era una sustancia invisible que se movía desde un objeto caliente hacia uno frío, causando el aumento de temperatura en el objeto receptor. Según esta teoría, el calentamiento de un objeto estaba relacionado con la cantidad de calórico que contenía, y se creía que el calórico se transmitía a través de la transferencia de la sustancia calórica desde el objeto caliente al objeto frío.
Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que esta teoría era incorrecta. La ley de conservación de la energía, que establece que la energía no se crea ni se destruye, contradecía la noción de una sustancia calórica transferible. En su lugar, la teoría cinética-molecular se desarrolló como una explicación más precisa del calor. Según esta teoría, el calor se debe al movimiento aleatorio de átomos y moléculas en un objeto, y su transferencia ocurre a través de la colisión de estas partículas.
En conclusión, la teoría del calórico, que postulaba la existencia de una sustancia invisible que transfería el calor, fue reemplazada por la teoría cinética-molecular debido a las evidencias experimentales y las leyes de conservación de la energía. Actualmente, se entiende que el calor es una forma de energía y se transfiere mediante el movimiento de partículas en lugar de una sustancia calórica.
B. Actividad de verdadero/falso:
Verdadero
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Falso
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Falso
Falso
Verdadero
Falso
Falso [/note]
Bibliografía Sugerida
En el libro “Introducción a Los Conceptos y Teorías de Las Ciencias Físicas”, escrito por Gerald James Holton & Stephen G. Brush , podrás encontrar más información sobre el tema tratado aquí. Hemos buscado la sección correspondiente y puedes leerla en el siguiente link de Google Books, actualizado al mes de marzo de 2020: https://bit.ly/2PGTjUa
Introducción a la diferencia entre niebla y neblina y el rocío
Usualmente usamos palabras como las del título, pero muy pocas veces notamos que son palabras con significados muy diferentes dentro del mundo de la meteorología. En este artículo hablaremos sobre ellas.
Temperatura de rocío
Cuando ocurre un fenómeno atmosférico, el mismo está, sin duda, relacionado con las variaciones de presión y temperatura. Cuando el aire asciende, atraviesa zonas en la que la temperatura es más baja y, consecuentemente, se produce una baja en el valor de saturación de la masa de vapor de agua en el aire. Dependiendo de la humedad relativa y de la temperatura ambiente, establecemos el concepto de punto o temperatura de rocío como aquélla en la que se produce la condensación.
Diferencias entre ellas
Rocío y escarcha
Este se forma cuando el contenido de vapor de agua no aumenta en una determinada masa de aire a ras del suelo, alcanzándose el punto de enfriamiento y formándose, entonces, diminutas gotas de agua sobre las superficies frías. Si la saturación de vapor de agua se da a temperaturas inferiores a 0°C (273K), se forma la denomina escarcha, que es hielo.
¿Condensación? Si recordamos un poco lo visto en cambios de estado, llamamos condensación al cambio que ocurre cuando la materia que se encuentra en estado gaseoso pasa a estado líquido.
Al condensarse, se forman pequeñas gotitas de agua líquida y éstas pueden producir muy pequeños cristales de hielo (es decir, el agua se solidificó). Estos cristales de hielo son, ni más ni menos, los responsables de la formación de nubes (pues dichos cristales quedan en suspensión). No está de más decir que el viento, la temperatura y la presión atmosférica son los responsables de la altura y tamaño de las nubes.
Niebla
Si la condensación se da a nivel de la superficie, se genera la llamada niebla, cuando se enfría una masa de aire cercana al suelo o cuando se condensa el vapor de agua que está presente en una masa de aire caliente y húmedo que pasa por un terreno frío.
Neblina
La llamada neblina se produce con un 80% a un 90% de humedad relativa. La niebla se produce con un 90% a un 100% de humedad relativa. En términos de visibilidad, la niebla la permite hasta 1 km; la neblina permite una visibilidad de 1km a 10km.
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Fuente.
Bulwik, M.;”Física y Química I. Mezclas y sustancias. Modelo Corpuscular. Teoría atómica molecular. Reacciones Químicas. Fenómenos Eléctricos. Magnéticos y Gravitatorios”; Ed.Puerto de Palos, Serie ActivAdos, Argentina, 2016.
¿De qué están hechos los pigmentos utilizados en los tatuajes?
El pigmento utilizado para dar color a la tinta negra puede estar hecho de carbón y hollín que provino de huesos de animales quemados. También pueden contener una sustancia conocida como goma laca, una sustancia orgánica que se obtiene a partir del residuo o secreción resinosa de un pequeño insecto rojo llamado gusano de la laca o Kerria lacca, que habita en sitios del sudeste asiático como Sri Lanka o Indonesia. El color original de la goma laca es anaranjado, aunque también se presenta en color blanco.
La suspensión líquida que contiene el pigmento actúa para mantener la tinta limpia y homogénea, a la vez que facilita la aplicación. La mezcla utilizada en la tinta contiene propilenglicol, alcohol etílico, agua purificada, glicerina y, a veces, contiene hamamelis, una especie de planta de la familia Hamamelidaceae. La glicerina utilizada en la tinta puede derivarse de material vegetal o de grasa animal.
¿Qué son los sólidos cristalinos y sólidos amorfos?
Como sabrán del artículo Estados de la Materia, los sólidos poseen forma y volumen propio. Esto significa que su forma se mantiene ensamble y que el espacio en el universo que ocupa el sólido es único. Asimismo, hemos visto que las fuerzas de atracción en los sólidos son mayores a las fuerzas de repulsión. En otras palabras, las fuerzas intermoleculares que existen entre las partículas de un sólido las mantienen unidas, de forma tal que impiden que las partículas se escapen unas de otras, como sucede en un gas.
Es hora de adentrarnos un poco más en el estudio de los sólidos. Para ello, te presentamos los dos tipos de sólidos que existen, junto con sus características. Veamos:
Sólidos Cristalinos
Las partículas que los constituyen ocupan posiciones en el espacio que se repiten con regularidad. Se disponen en formas geométricas ordenadas (que se llaman redes cristalinas).
Sólidos Amorfos
Presentan muy poco orden en la distribución de sus partículas sin formar redes cristalinas.
Finalizaremos diciendo que la formación de un sólido cristalino o un sólido amorfo depende de la naturaleza del material y en qué condiciones se cristalizó. ¿Lo sabías?
El silicio y el germanio son dos sustancias que, como algunas otras, tienen valores de resistividad intermedios entre los de los metales (que son muy buenos conductores de la electricidad) y los no metales (que funcionan como aislantes). Son llamados semiconductores, pues a bajas temperaturas se comportan como aislantes y, cuando aumenta la temperatura, se comportan como conductores. ¿Por qué se comportan de esta manera? La explicación es muy sencilla y ENSAMBLE DE IDEAS te trae, en este artículo, la respuesta a esta interrogante.
En estado puro, el germanio, por ejemplo, forma un cristal en el cual cada átomo se encuentra ligado a otros cuatro átomos, como se puede ver en la siguiente imagen:
Al tener cuatro electrones en su última capa, estos forman cuatro enlaces covalentes muy fuertes con electrones de los átomos vecinos de la red cristalina a cual pertenecen. De esta forma, cumplen la regla del octeto, alcanzando una estructura estable. Sucede que, al no tener electrones libres, el germanio (al igual que otros materiales semiconductores donde la explicación es similar) es un mal conductor de la electricidad. Al aumentarle la temperatura (es decir, al proporcionarle energía al cristal), algunos electrones menos ligados que otros pueden desligarse, quienes hacen que el material se vuelva conductor. Cuando el electrón abandona su átomo, deja en éste un hueco que se puede considerar como una carga positiva dentro de la red cristalina.
Cuando se conecta una fuente eléctrica al material, los electrones y los huecos se mueven en direcciones opuestas: un hueco puede ser ocupado por otro electrón que se encontraba libre, dejando un hueco atrás. Se crea, de esta manera, una corriente de huecos de sentido contrario a la corriente de electrones. Así, el material muestra una conducción intrínseca debida a los portadores de carga (electrones libres y huecos) que se han creado dentro del semiconductor.
¡Más despacio, Sr. Ideas! Imaginemos que nos encontramos en la red de la figura siguiente, en el número 1. El círculo rojo representa un hueco y los azules representan electrones en movimiento. Si los azules se mueven de derecha a izquierda, entonces el hueco rojo dejará de estar en el lugar que estaba antes. De esta manera, el rojo parecerá que se mueve de izquierda a derecha.
En el gráfico 1, vemos que en la fila 1 hallamos un hueco. Ese hueco será ocupado por un electrón que se mueve de derecha a izquierda, el cual dejará un nuevo hueco en donde se hallaba (fila 1, gráfico 2). A continuación, ese hueco será ocupado por otro electrón que vaya de derecha a izquierda, dejando un hueco en donde estaba (fila 1, gráfico 3) y así sucesivamente. Cada fila seguirá el mismo mecanismo. De esta manera, los electrones se mueven siempre de derecha a izquierda y los huecos parecen moverse de izquierda a derecha.
Los SEMICONDUCTORES: ¿Qué son y cómo se explican sus propiedades eléctricas? – Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII