¿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.
El vidrio es un claro ejemplo de sólido amorfo. Otros ejemplos: la goma y el plástico.
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
Una geoda es una cavidad rocosa en la que han cristalizado minerales que provinieron del agua subterránea (pues estaban disueltos en ella) y cuyos cristales son de un tamaño considerable, dado que se produjeron a baja presión. En esta experiencia, intentaremos recrear estas geodas con algo tan sencillo como cáscaras de huevo y un material que se consigue fácilmente en el mercado.
Geoda
Para esto necesitaremos los siguientes elementos y materiales:
Experimentos de laboratorio
Materiales necesarios.
Huevos crudos de cáscara blanca.
Alumbre común de potasio, también llamado alumbre napolitano, de fórmula KAl(SO4)2⋅12H2O.
Tinta para sellos o colorante de tortas líquido.
Plasticola o pegamento universal.
Agua (la misma deberá ser hervida, por lo que se recomienda tener en cuenta cómo se la hervirá posteriormente).
Un clavo.
Cuchara.
Papel absorbente.
Una tijera de punta filosa.
Un frasco de vidrio de boca ancha.
Opcional: palito de brochette.
Experiencia de laboratorio – Procedimiento
Realizar dos pequeños agujeros en el huevo crudo con ayuda del clavo. Uno de ellos deberá ser más grande, de forma tal que puedas soplar (con fuerza) para que, del otro lado, salga el contenido. Puedes ayudarte con un palito de brochette para empujar el contenido y que salga más fácil.
Con la tijera, recortar la cáscara de huevo por la mitad, con sumo cuidado.
Lavar bien el interior de ambas mitades y secar con papel absorbente.
Colocar plasticola en el interior y extenderla con ayuda de los dedos.
Espolvorea el KAl(SO4)2⋅12H2O en el interior del huevo, con ayuda de una cuchara, y dejar en reposo por un cuarto de hora.
Hervir 200 ml de agua caliente y colocarla en el frasco de vidrio.
Instantáneamente, añadir el resto de alumbre a cucharadas en el frasco con agua, revolviendo entre cada cucharada. Evita que se formen grumos, revolviendo continuamente.
Cuando la solución esté saturada (punto en el que precipitan los cristales de alumbre en el fondo), echar la tinta para sellos o el colorante a la misma.
Introducir las mitades de huevo en la solución saturada hasta el fondo del frasco, teniendo en cuenta que la cara que contenía el alumbre quede hacia arriba. Quizás, para hacerlo, puedas ayudarte con una cuchara en este paso.
Dejar en reposo el frasco que contiene la solución y el huevo, en un lugar donde no le den corrientes de aire y que no pueda ser tocado o movido con facilidad por 48 horas. Pasado este tiempo, las cáscaras pueden volverse frágiles.
Extraer las geodas formadas y depositarlas sobre papel absorbente hasta que sequen completamente.
Fuente: Comisión Nacional de Energía Atómica.
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Las ciencias naturales son aquellas ciencias experimentales que tienen como objetivo estudiar la naturaleza. Se basan en el método científico (aunque, hoy en día, esté en desuso), diferenciándose de las llamadas pseudociencias (“macanas” -en palabras de Mario Bunge– tales como la astrología).
Seguramente habrás tenido o tienes actualmente materias en la secundaria con nombres como “Física”, “Química” o “Biología“, todas relacionadas con las ciencias de la naturaleza. Lo que sucede, es que estas Cs. Naturales pueden subdividirse o subclasificarse en 5 grandes ramas o disciplinas. Veamos cada una de ellas.
1 Biología:
Esta imagen muestra el campo de estudio de la Biología.
¿Qué estudia la biología?
La biología es la ciencia que estudia la vida. Justamente, la palabra biología deriva de “bio” (vida) y “logos” (estudio). Es interesante debatir acerca de qué se considera vida. Te adelantamos que es muy complicado definir cuál es el límite entre lo que tiene vida (orgánico) y lo que no (inorgánico).
2 Física
Gracias a la Física, podemos divertirnos con las montañas rusas.
¿Qué estudia la física?
La física estudia la materia, la energía, el tiempo y el espacio, así como la interacción entre ellas.
Una ciencia increíble, pues intenta explicar todo en la naturaleza. Hagamos hincapié en esa palabra: todo. Las demás ciencias parecen necesitarla para explicarse. Pionera en la historia, es sin duda asombrosa. La palabra física proviene del latín physica que significa “natural”. ¿Pero que la diferencia de las demás, realmente?
3 Química
La química está presente en todos lados. ¡Incluso al encender un fósforo o cerillo!
¿Qué estudia la química?
La química estudia la composición, propiedades y estructura de la materia y su relación con la energía.
La química, esa ciencia apasionante que ha evolucionado desde los antiguos y enigmáticos procedimientos de la alquimia, se ha establecido como un campo fundamental en la comprensión del mundo material.
En los tiempos antiguos, los alquimistas, con una mezcla de misticismo y experimentación, buscaban transmutar los metales en oro y descubrir el elixir de la vida eterna. Aunque esos objetivos pudieran parecer inalcanzables y tergiversados por supersticiones, esos mismos alquimistas sentaron las bases para el desarrollo de la química moderna.
Durante el Renacimiento, la alquimia comenzó a transformarse en una indagación más empírica y sistemática de la naturaleza. Hoy en día, la química es una ciencia que abarca el estudio de la composición, estructura, propiedades y cambios de la materia.
La importancia de la química en la vida cotidiana es innegable; su presencia es palpable desde el agua que tratamos para beber hasta los combustibles que impulsan nuestros vehículos. Así, esta ciencia no solo nos permite comprender y aprovechar los recursos del planeta de manera eficiente, sino que también nos desafía a buscar soluciones sostenibles para la coexistencia armónica con nuestro entorno y la preservación de la vida en la Tierra.
4 Astronomía
La astronomía nos permite comprender el universo.
¿Qué estudia la astronomía?
La astronomía se dedica al estudio de los astros, sus movimientos y fenómenos ligados a ellos. Estos son los objetos de estudio de esta fabulosa ciencia. Astros como planetas, estrellas, galaxias o asteroides son el foco de atención de esta ciencia que mira al cielo.
Una delicia para los ojos. La astronomía es una de las disciplinas más antiguas.
5 Geología
Los grandes fenómenos meteorológicos son estudiados por la geología.
¿Qué estudia la geología?
También llamada “Ciencias de la Tierra”, la geología estudia la estructura y composición de nuestro planeta, así como los fenómenos o procesos que la moldean a través del tiempo. ¿Te gustan los volcanes, los terremotos, el clima o los océanos? Esta ciencia abarca ello y muchísimas otras disciplinas que nos dan comprensión de lo que sucedió, sucede y sucederá en la Tierra.
¡Anímate a clasificar fenómenos según la ciencia que los estudia!
Definan, realizando un cuadro, cada una de las disciplinas de las Cs. Naturales, indicando qué estudian y den algún ejemplo de lo que estudian dichas ramas de las Cs. Naturales que no aparezcan en el texto ni en actividades previas que hayas hecho con tu docente.
¿Qué disciplina de las Cs. Naturales estudia los siguientes fenómenos?
En este artículo, hablaremos de la seguridad en el laboratorio.
El laboratorioes el lugar donde se realizan los experimentos de física, química y biología. Para ello, está equipado con diferentes sustancias e instrumentos. Muchas sustancias pueden ser muy pelogrosas en menor o mayor medida, en especial cuando son manipuladas con descuido o por desconocimiento de sus características. Es importante tener ciertos cuidados y conocer las normas de seguridad de todo laboratorio, así como los símbolos que expresan los carteles colocados en el establecimiento o en los envases de los productos.
Para ello, ENSAMBLEDEIDEAS te trae 10 normas de seguridad en el laboratorio que debes tener siempre en cuenta. ¿Conocías algunos de ellos?
Un laboratorio debe siempre contar con estas medidas a la vista de todos. ¡Chequea que el tuyo disponga de estas medidas!
Medidas de seguridad en el laboratorio
1. Es muy importante que lleves el pelo atado si lo tienes largo, sin bufandas o accesorios que cuelguen y puedan ser un peligro. Ten en cuenta que puedes quemarte o volcar recipientes. En cuanto a tu vestimenta, es recomendable que tengas la indumentaria adecuada (guardapolvos, guantes de látex, zapatos cerrados, pantalones largos, anteojos…).
2. El lugar de trabajo debe estar ordenado, limpio y prolijo. El orden es fundamental. Cada grupo de trabajo es responsable de sus materiales y su sector de trabajo.
3. Para manipular productos químicos o cambiarlos de recipiente debes usar espatulas, pinzas o pipetas. Las pipetas requieren de peritas extractoras adecuadas.
4. Para trasladar recipientes que se encuentren calientes y que, por lo tanto, representen un peligro, debes utilizar pinzas o agarraderas.
5. Nunca te olvides de etiquetar o rotular correctamente los reactivos que uses.
No bajes la guardia. ¡Vamos por más medidas de seguridad en el laboratorio!
6. Antes de encender el mechero, comprueba que no existan líquidos o materiales que puedan prenderse fuego fácilmente alrededor.
7. Si vas a realizar experimentos que que pueden emitir gases tóxicos o nocivos, hazlos bajo campanas extractoras.
8. Las sustancias ácidas y básicas deben ser manejados con mucha precaución. La posibilidad de que produzcan quemaduras o que sean muy corrosivas es muy alta en este tipo de sustancias. Ten cuidado al guardarlas: deben estar alejadas de productos inflamables. Es un detalle menor que puede evitar muchos accidentes.
9. Si hay que diluir con agua un ácido o una base, asegúrate de que sean estas sustancias las que se añadan al agua.
10. Al terminar la experiencia, lava el material utilizado, guarda el material prestando atención y deja las mesadas del laboratorio limpias y ordenadas.
11. Cuando estés calentando un tubo de ensayo, no lo apuntes directamente a tus ojos o rostro.
12. No huelas los productos químicos, muchos de ellos pueden ser muy peligrosos para tus vías respiratorias.
11. ¡Y lo más importante es no comer y no beber en el laboratorio!
Un consejo extra: al entrar, chequea la ubicación de los matafuegos (extintores de incendio), salidas de emergencia y -si tu laboratorio lo presenta-, la ducha de seguridad para el cuerpo y los ojos.
Para tener en cuenta
Para completar y mejorar las medidas de seguridad en el laboratorio, deberías tener en cuenta:
Capacitación y Conocimiento: Asegúrate de que todo el personal y los estudiantes reciban capacitación adecuada sobre las prácticas de seguridad y el uso de equipos antes de comenzar a trabajar en el laboratorio.
Equipo de Protección Personal (EPP): Además de los elementos mencionados (batas de laboratorio, guantes de látex, zapatos cerrados, pantalones largos, gafas de seguridad), considera el uso de mascarillas o respiradores si se manejan sustancias que pueden ser inhaladas y causar daño.
Protocolo de Emergencia: Establece y familiariza a todos con los procedimientos de emergencia, incluyendo la ubicación y uso de los extintores, duchas de emergencia, y lavaojos. Asegúrate de que las salidas de emergencia estén claramente señalizadas y sean accesibles.
Sistemas de Ventilación: Asegúrate de que el laboratorio esté bien ventilado y que se utilicen campanas extractoras no solo para gases tóxicos, sino también para la manipulación de sustancias volátiles.
Inventario y Fichas de Seguridad: Mantén un inventario actualizado de todos los productos químicos y asegúrate de que las fichas de datos de seguridad (FDS) estén disponibles y accesibles para todos.
Control de Derrames: Proporciona kits para el control de derrames y asegura que todos sepan cómo usarlos en caso de emergencia. Estos kits deben contener materiales absorbentes, neutralizantes y equipos de protección.
Revisiones Regulares: Realiza inspecciones periódicas del laboratorio para identificar y corregir posibles riesgos. Asegúrate de que todos los equipos estén en buen estado de funcionamiento.
Seguridad Eléctrica: Asegúrate de que todos los equipos eléctricos estén en buen estado y que no haya cables sueltos o dañados. Utiliza regletas con protección contra sobrecargas y evita el uso excesivo de enchufes múltiples.
Normas de Comportamiento: Refuerza la importancia de comportarse de manera responsable y profesional en el laboratorio. Esto incluye no correr, jugar o hacer bromas que puedan distraer a otros y causar accidentes.
Rotulado Claro: Además de etiquetar los reactivos, asegúrate de que todos los equipos y áreas de trabajo estén claramente rotulados, especialmente aquellos que implican riesgos específicos (por ejemplo, áreas de alto voltaje, materiales biológicos peligrosos).
Implementando estas medidas adicionales, se puede mejorar significativamente la seguridad en el laboratorio, reduciendo el riesgo de accidentes y promoviendo un ambiente de trabajo seguro y profesional.
El efecto invernadero es un proceso natural por el cual ciertos gases de nuestra atmósfera captan parte del calor que la Tierra reenvía al espacio, luego de que el planeta se haya calentado por la radiación del Sol. De esta forma, se evita que la energía solar que la Tierra recibe constantemente vuelva inmediatamente al espacio. Como consecuencia, el planeta tiene una temperatura apta para la existencia de vida (no se encuentra ni muy frío ni muy caliente, a una temperatura promedio de unos 15°C aproximadamente).
Sin el efecto invernadero, la temperatura del planeta sería unos 33°C más baja.
Como ves, el efecto invernadero es completamente natural. El problema apareció cuando, por acción del hombre a partir de la Revolución Industrial a mediados del siglo XVIII, aumentó la concentración de estos gases en la atmósfera, causando el famoso calentamiento global.
Este fenómeno natural ocurre en la atmósfera de la Tierra, donde ciertos gases, como el dióxido de carbono, el metano y el vapor de agua, retienen el calor del sol y mantienen la temperatura del planeta en niveles adecuados para la vida. Sin embargo, en las últimas décadas, la actividad humana ha aumentado la cantidad de estos gases en la atmósfera, lo que ha provocado un aumento en la temperatura global, conocido como cambio climático.
La principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero son la quema de combustibles fósiles, como el petróleo, el gas y el carbón, para la generación de energía y la producción de bienes y servicios. Además, la deforestación y otros cambios en el uso del suelo también pueden contribuir a la emisión de gases de efecto invernadero.
El calentamiento global
El cambio climático y el calentamiento global tienen consecuencias graves para el medio ambiente y la vida en el planeta. Estos incluyen el aumento del nivel del mar, la alteración de los patrones de lluvia y la desertificación, el derretimiento de los glaciares y los casquetes polares, y la acidificación de los océanos. Además, el cambio climático también puede tener efectos negativos en la salud humana, la economía y la seguridad alimentaria.
Para abordar el problema del cambio climático, se han propuesto medidas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y limitar el aumento de la temperatura global. Estas medidas incluyen la adopción de tecnologías más limpias y eficientes en energía, el fomento de la energía renovable, la mejora de la eficiencia energética, la promoción del transporte sostenible y la reducción de la deforestación y la degradación del suelo. Además, también se han desarrollado acuerdos internacionales, como el Acuerdo de París, para establecer objetivos de reducción de emisiones y coordinar esfuerzos a nivel mundial para abordar el cambio climático.
En conclusión, el efecto invernadero es un fenómeno natural que es esencial para mantener la vida en la Tierra, pero la actividad humana ha alterado su equilibrio natural y ha provocado un aumento en la temperatura global y el cambio climático. Es importante tomar medidas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y limitar los impactos del cambio climático en el medio ambiente y la sociedad.
¿Cuál es la relación entre el efecto invernadero y la capa de ozono?
La relación entre el efecto invernadero y la capa de ozono radica en el hecho de que algunos de los gases que contribuyen al efecto invernadero, como los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), también tienen un impacto negativo en la capa de ozono. Estos compuestos son liberados en la atmósfera por actividades humanas, como el uso de aerosoles, refrigerantes y disolventes industriales. Una vez en la atmósfera, los CFC y HCFC pueden migrar hacia la estratosfera, donde son descompuestos por la radiación ultravioleta liberando átomos de cloro y bromo. Estos átomos de cloro y bromo reaccionan con las moléculas de ozono, destruyéndolas y reduciendo así la cantidad de ozono en la capa protectora.
El efecto invernadero y la capa de ozono son dos fenómenos diferentes pero relacionados que ocurren en la atmósfera de la Tierra.
El efecto invernadero se refiere al proceso natural por el cual ciertos gases presentes en la atmósfera retienen parte del calor emitido por la Tierra. Estos gases, como el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O), actúan como una especie de “manta” que permite que la energía solar llegue a la superficie de la Tierra, pero dificulta su escape, lo que resulta en un aumento de la temperatura global. Este fenómeno es esencial para mantener el clima habitable en la Tierra, pero la actividad humana ha aumentado la concentración de estos gases en la atmósfera, lo que ha llevado a un incremento en el efecto invernadero y al calentamiento global.
Por otro lado, la capa de ozono se encuentra en la estratosfera, una región de la atmósfera ubicada aproximadamente a 10-50 kilómetros sobre la superficie terrestre. La capa de ozono está compuesta por moléculas de ozono (O3) y juega un papel crucial en la protección de la vida en la Tierra al absorber la mayor parte de la radiación ultravioleta del Sol. Esta radiación ultravioleta es dañina para los organismos vivos, ya que puede causar mutaciones genéticas y aumentar el riesgo de cáncer de piel.
En resumen, mientras que el efecto invernadero se refiere al calentamiento de la Tierra debido a la acumulación de ciertos gases en la atmósfera, la capa de ozono es una región especializada de la atmósfera que protege contra la radiación ultravioleta. Sin embargo, algunos de los gases responsables del efecto invernadero también pueden dañar la capa de ozono, lo que representa un desafío adicional para la salud del planeta. Es importante abordar ambos problemas mediante la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y la eliminación de sustancias que agotan la capa de ozono, con el fin de preservar la habitabilidad de nuestro planeta.
Todos nos hemos detenido alguna vez -incluso sin darnos cuenta- a pensar sobre la naturaleza. Preguntar porqués, buscar razones para algo por pura curiosidad. No estarías leyendo este artículo si no fuera porque eres curioso. Un día alguien se pregunto: “¿Por qué suceden los terremotos?”. Esta pregunta se la hizo un comerciante de aceitunas hace 2600 años.
Tales de Mileto (620 a. C.-. 546 a. C.).
En el siglo VI a.C., Mileto creaba una nueva cosmología, una nueva forma de entender el mundo. Por ejemplo, creía que la Tierra se asemeja a una bolsa que flotaba en un gigantesco océano (a la luz de los conocimientos modernos, esto te sonará extraño) y que sus aguas están usualmente quietas; pero, muy de vez en cuando, se agitan. Cuando esto último sucede, estamos en presencia de un terremoto.
A pesar de que Tales de Mileto es más conocido por un famoso teorema que se estudia en matemáticas, se le atribuye el título de primer filósofo natural.
En los tiempos de Tales de Mileto, surgió por primera vez la idea del átomo: pensaban que la materia era discontinua, que debería existir un límite en el que la materia ya no pueda dividirse en partes cada vez más pequeñas en el caso de que uno separase un cuerpo a la mitad una y otra y otra vez. Creyeron que existían átomos particulares que ya no podían dividirse más. De hecho, la palabra “átomo” surge de las palabras griegas “a” (que significa “sin”) y “tomos” (“partes”); es decir, “sin partes”).
Pensaban que el universo era infinito y que únicamente existía materia y vacío. Sin poder comprobar experimentalmente la existencia de los átomos, no estaban muy alejados de los conocimientos que tenemos hoy en día, miles de años después. A los filósofos que creían en todo esto se los llamó “atomistas griegos”, en el siglo V, a.C.
En Propiedades intensivas y propiedades extensivas habíamos dicho que la masa y el volumen eran ejemplos de propiedades extensivas, pues ambos dependen de la cantidad de materia que se considere. Sin embargo, la relación entre ambas magnitudes es una propiedad intensiva. Esta relación se conoce como densidad, una propiedad tan importante que caracteriza, incluso, cada sustancia. Es por eso que decimos que la densidad es una propiedad específica de cada material.
¡Veamos de qué hablamos cuando decimos “densidad”!
Conceptos Previos
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; el volumen, por su parte, es el espacio ocupado por un cuerpo. Escribiremos como m a la masa y V al volumen. La masa y el volumen son magnitudes que pueden medirse con instrumentos adecuados y describirse mediante cantidades y unidades.
Unidades de masa y volumen
La unidad de masa en el Sistema Internacional de Medidas (SI) es el kilogramo (kg). En el laboratorio y en la vida diaria (en especial en la cocina), usualmente utilizamos el gramo (g).
Por su parte, la unidad del volumen en el SI es el metro cúbico (m³). En la vida diaria, se suele utilizar el litro (l). En el laboratorio, suele usarse el centímetro cúbico (cm³), equivalente al mililitro (ml); es decir:
1 cm³ = 1 ml
Densidad
La densidad (representada por la letra griega “delta”, δ) es la relación entre la masa y el volumen. Se define como el cociente (división) entre la masa y el volumen de un objeto; es decir:
\( \delta =\frac{m}{V}\)
Si bien la masa y el volumen son propiedades extensivas, la densidad es una propiedad intensiva porque no depende de la cantidad de materia considerada. Posibles unidades de la densidad son: g/ml o g/cm³. Una pequeña bola de billar es muy densa en comparación a una pelota de tenis, pues posee mayor masa en un volumen similar.
Los materiales que tienen mucha masa en un pequeño volumen tienen una densidad alta. Los materiales que tienen poca masa en un volumen grande tienen una densidad baja.
En general, las sustancias en estado sólido son más densas que en su estado líquido. ¡Pero siempre hay una excepción a la regla! ¿Y adivinen qué sustancia tan conocida es la excepción? ¡Sí, el agua (o mejor dicho, el hielo)! A temperatura ambiente, la densidad del agua destilada es de 1,00 g/ml, mientras que la densidad del hielo a 0°C es de 0,92 g/ml. No parece mucho, pero esta diferencia hace que el hielo flote. ¿Por qué? Porque los cuerpos con menor densidad flotan en un medio de mayor densidad.
¡Sin la diferencia de densidades, el Titanic no se hubiese hundido! Come back, Jack…
En estado líquido, las moléculas están muy lejos entre sí; pero a medida que van congelando, adquieren una organización hexagonal con espacios vacíos entre ellas. Esos espacios vacíos hacen posible que el agua se expanda al pasar a su estado sólido; es decir, aumenta su volumen, pero no su masa. (Así que recuerden, ¡nunca dejen una botella de vidrio en el freezer!)
Ejemplos de cálculo de Densidad
Es hora de analizar matemáticamente la densidad. En términos de fórmulas, podemos definir a la densidad, dijimos, como:
\( \delta =\frac{m}{V}\)
Sabiendo esto, hagamos el siguiente ejemplo:
1. ¿Cuál es la densidad de un cuerpo cuya masa es de 23g y su volumen es 30ml?
Lo único que debemos hacer es reemplazar los datos que tenemos:
Se proporciona la configuración electrónica de un elemento al indicar los orbitales asociados a las distintas partículas negativas de un átomo. Veamos a qué se refiere este concepto entendiendo algunas cuestiones.
¿Cómo escribir una configuración electrónica de átomos neutros?
Al escribir la configuración electrónica de un elemento cualquiera, deben llevar a cabo ciertos pasos. La siguiente tabla resume los cuatro pasos necesarios para realizar una correcta configuración electrónica:
Observamos la cantidad de electrones de la partícula. Este valor coincide (si es el átomo es neutro) con el Número Atómico del elemento.
La configuración electrónica se representa de forma abreviada indicando los subniveles ocupados por sus electrones, luego de los niveles de energía (1, 2, 3, 4, 5, etcétera) correspondientes.
Se coloca la cantidad de dichos electrones en cada subnivel (s, p, d o f) en forma de superíndice (por ejemplo:1s2 2s2 2p3, donde 1 y 2 son los niveles de energía (u órbitas); s y p, los subniveles; y los superíndices 2 y 3, la cantidad de electrones en cada subnivel).
Se distribuyen las partículas negativas teniendo en cuente la energía creciente de sus orbitales, respetando el diagrama siguiente:
Diagrama de Linus Pauling (o Regla de las Diagonales), esencial para realizar la configuración electrónica.
Ejemplos de Configuración Electrónica
Configuración electrónica del calcio
Siguiendo los pasos nombrados arriba, la configuración electrónica del calcio (Ca), de número atómico 20, es:
C. E. Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Notar que:2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20 (que es la cantidad de electrones del calcio).
¿Cómo lo hicimos? Vayamos paso por paso.
Primero, nos fijamos cuántos electrones tiene el calcio. En la tabla periódica, podemos hallar fácilmente que el calcio tiene 20 electrones.
Luego, revisamos el diagrama de Linus Pauling (o Regla de las Diagonales) y vemos que lo primero que aparece es 1s. Como la máxima cantidad de electrones que acepta la s es 2, nos estaría quedando “1s²”, pero aún no alcanzamos los veinte electrones que necesitamos, por lo que continuamos observando el diagrama y seguimos con “2s²”. Haciendo la suma de los supraíndices, nos damos cuenta que recién vamos por cuatro electrones. Hay que llegar a 20 electrones. Seguimos viendo el diagrama y colocando todo lo necesario (siguiendo las diagonales, nunca en horizontal). Teniendo en cuenta que sigue “2p” y la p acepta como máximo 6 electrones, nos quedará 2p6. Pero aún no hemos llegado a los veinte (vamos diez electrones). Hay que continuar el proceso hasta llegar a veinte. En conclusión, nos queda 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.
La configuración electrónica del calcio indica que en su último nivel existen dos electrones, pues el nivel 4 es el máximo y contiene en él a dos electrones (según indica 4s2); mientras que por otro lado, podemos afirmar que el nivel 3 contiene ocho electrones, pues esto indican 3s2 y 3p6, donde la suma de sus superíndices es igual a 8.
Configuración electrónica del oxígeno
Mientras que la configuración electrónica del oxígeno (O), de número atómico 8, es:
C. E. O = 1s2 2s22p4 Notar que: 2 + 2 + 4 = 8 (que es la cantidad de electrones del oxígeno).
¿Cómo lo hicimos? Vayamos paso por paso.
Primero, nos fijamos cuántos electrones tiene el oxígeno. En la tabla periódica, podemos hallar fácilmente que el oxígeno tiene 8 electrones.
Luego, revisamos el diagrama de Linus Pauling (o Regla de las Diagonales) y vemos que lo primero que aparece es 1s. Como la máxima cantidad de electrones que acepta la s es 2, nos estaría quedando “1s²”, pero aún no alcanzamos los ocho electrones que necesitamos, por lo que continuamos observando el diagrama y seguimos con “2s²”. Haciendo la suma de los supraíndices, nos damos cuenta que recién vamos por cuatro electrones. Hay que llegar a 8 electrones. Seguimos viendo el diagrama y colocando todo lo necesario. En conclusión, nos queda 1s2 2s2 2p4.
Nuestro video sobre Cómo realizar una configuración electrónica.
Queremos compartirte este vídeo de nuestro canal de YouTube sobre configuración electrónica. Si te sirvió puedes también ayudarnos a crecer suscribiéndote al mismo.
Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=xcPPc_6IHfs
Cantidad máxima de electrones por nivel de energía.
Cada nivel de energía acepta un número máximo de electrones. Este número no es al azar, sino que sigue una fórmula muy sencilla de calcular.
A continuación, se presenta la cantidad máxima de electrones que los niveles de energía pueden abarcar, conforme a una fórmula: e = 2n2, donde e es la cantidad de electrones máxima de canda nivel de energía y n es el número de nivel de energía examinado.
NIVEL DE ENERGÍA
CANTIDAD MÁXIMA DE ELECTRONES
1
e = 2
2
e = 8
3
e = 18
4
e = 32
Al representar al átomo en un esquema, se debe tomar en cuenta que los niveles de energía (que se corresponden a las órbitas) sólo pueden abarcar a una determinada cantidad de electrones. El nivel 1 comprende únicamente 2 electrones; el nivel 2, 8 electrones; el nivel 3, 18 electrones; el nivel 4, 32 electrones.
¿Qué es un orbital?
Definición de orbital:
Vieron que la configuración electrónica organiza a los electrones en los diferentes niveles; de esta manera, podrán indicar cuántas partículas negativas posee cada una de ellos.
ACTIVIDADES
Guía de preguntas.
¿Qué es la configuración electrónica?
¿Qué es un orbital atómico?
¿Por qué debemos mirar el número atómico y no el másico a la hora de realizar la configuración electrónica de un elemento?
Realizar la configuración electrónica del neón, argón, criptón, xenón y radón y responde, en orden: a) ¿Cuántos electrones como máximo acepta el subnivel “p”? b) ¿Cuántos electrones como máximo acepta el subnivel “s”? c) Todos los elementos anteriores, ¿tienen el subnivel “p” y “s” completo? d) ¿Qué clase de elementos son todos los de esta actividad? e) ¿Qué conclusiones puedes sacar entre las respuestas de la actividad 4.c y 4.d?
¿Existen diferentes métodos de separación de fases? Si separamos los constituyentes del sistema heterogéneo, estaríamos llevando a cabo un proceso de separación de fases. Vean a continuación cuáles son los procedimientos por los cuales se pueden aislar esas fases:
Métodos de separación de mezclas heterogéneas son:
Una mezcla heterogénea es aquella en la que sus componentes se pueden distinguir a simple vista, ya sea por su tamaño, forma, color, etc. Los métodos de separación de mezclas heterogéneas se basan en las diferencias físicas entre los componentes de la mezcla.
Filtración: Se utiliza para separar un sólido de un líquido. El sólido se retiene en un filtro, mientras que el líquido pasa a través del filtro. Podríamos usar este tipo de método para separar, por ejemplo, arena y agua.
Decantación: En primer lugar, podemos usar la decantación para separar líquidos inmiscibles (es decir, que no se pueden mezclar, como el agua y el aceite). Se utiliza también para separar un líquido de un sólido más denso. El líquido se deja reposar, y el sólido se deposita en el fondo del recipiente. Luego, se puede separar el líquido vertiéndolo cuidadosamente. Es, por ejemplo, un buen método para separar rocas muy densas mezcladas con agua.
Centrifugación: Se utiliza para separar dos líquidos de diferente densidad. La mezcla se coloca en una centrífuga, que gira a gran velocidad. La fuerza centrífuga hace que el líquido más denso se deposite en el fondo del recipiente, mientras que el líquido menos denso queda en la parte superior. Los componentes de la sangre pueden ser separados de esta forma.
Tamización: Se utiliza para separar partículas sólidas de diferentes tamaños. La mezcla se pasa por un tamiz, que tiene agujeros de diferentes tamaños. Las partículas que son más pequeñas que los agujeros pasan a través del tamiz, mientras que las partículas más grandes quedan retenidas. Para separar rocas de arena podríamos utilizar este método.
Imantación: Se utiliza para separar un sólido magnético de un sólido no magnético. El sólido magnético se atrae con un imán, mientras que el sólido no magnético no se ve afectado por el imán. Mediante este método se podría separar limaduras de hierro de arena.
Solubilización: es el proceso por el cual se separa un sólido de otro, disolviéndose una de las fases en agua. Por ejemplo, el sistema azúcar-arena.
Métodos de fraccionamiento de mezclas homogéneas
Una mezcla homogénea es aquella en la que sus componentes no se pueden distinguir a simple vista. Los métodos de fraccionamiento de mezclas homogéneas se basan en las diferencias químicas o físicas entre los componentes de la mezcla.
Algunos métodos de fraccionamiento de mezclas homogéneas son:
Evaporación: Se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido. Al calentar la mezcla, el líquido se evapora, dejando el sólido atrás.
Destilación: Se utiliza para separar dos líquidos de diferente punto de ebullición. La mezcla se calienta, y el líquido con el punto de ebullición más bajo se evapora primero. El vapor se condensa y se recoge en un recipiente separado.
Cromatografía: Se utiliza para separar dos o más componentes de una mezcla. La mezcla se coloca en una fase estacionaria, y un disolvente se mueve a través de la fase estacionaria. Los componentes de la mezcla se mueven a diferentes velocidades a través de la fase estacionaria, según sus propiedades químicas o físicas. Usualmente, los pigmentos pueden ser separados de una solución de alcohol gracias a este método. Te recomendamos nuestro artículo sobre cromatografía que contiene muchos experimentos y ejemplos para realizar en tu escuela o casa.
Destilación: en un sistema homogéneo de agua y alcohol, se puede aprovechar la diferencia de puntos de ebullición para separarlos. Consiste en evaporar uno de los líquidos y luego condensarlo por enfriamiento. Si los puntos son cercanos, se utiliza la destilación fraccionada, distinta a la simple, usada si son puntos lejanos.
Simple: se emplea para separar el solvente de sustancias solidas disueltas (solutos). Este método se aplica principalmente en procesos de purificación, como por ejemplo, a partir del agua de mar puede obtenerse agua pura destilando ésta y quemando los residuos sólidos disueltos en el fondo del recipiente.
Aparato de destilación simple. (c) Galería Ensamble de Ideas 2019.
Fraccionada: se emplea para separar 2 o más líquidos de diferentes puntos de ebullición. El liquido de menor temperatura de ebullición destila primero. Para lograr obtener los líquidos puros se emplean columnas fraccionadoras o rectificadoras. Ej.: alcohol (78.5ºC) y agua (100ºC).
Cristalización: aísla sólidos que cristalizan de la solución en la que están disueltos. El agua salada es un ejemplo. Al calentarla, el agua se evapora y permanecen los cristales de sal. Es un proceso inverso a la disolución, que se utiliza frecuentemente para la purificación de sustancias en la industria, como la obtención de sal de mesa
Extracción: El método de extracción es un método de separación de mezclas homogéneas. Se utiliza para separar un componente de una mezcla, utilizando un solvente que tiene una afinidad selectiva por ese componente. El componente se disuelve en el solvente, y luego se separa del resto de la mezcla por evaporación o decantación. En el método de extracción, la mezcla se coloca en un recipiente con un solvente. El componente que se desea separar se disuelve en el solvente, mientras que los otros componentes de la mezcla permanecen en la fase acuosa. Luego, se separa la fase acuosa de la fase orgánica, y el componente deseado se recupera del solvente. El método de extracción se puede utilizar para separar una amplia variedad de compuestos, como compuestos orgánicos, metales pesados y moléculas biológicas.
Otro ejemplo de separación de componentes en el que se usa el método de extracción es en la preparación de una infusión de té o café, extrayéndose de las hojas o de los granos sustancias que dan el aroma y el sabor característicos.
Conclusiones
Los métodos de separación de mezclas son herramientas esenciales en la ciencia y la tecnología. Se utilizan para purificar sustancias, para separar componentes de una mezcla para su estudio o para preparar productos comerciales.
Algunos ejemplos de la aplicación de los métodos de separación de mezclas son:
La purificación del agua potable: El agua se puede purificar de impurezas sólidas, como arena y grava, mediante filtración. Las impurezas líquidas, como los metales pesados, se pueden eliminar mediante destilación.
La separación del petróleo crudo: El petróleo crudo es una mezcla de hidrocarburos de diferentes densidades. Se puede separar en fracciones de diferentes tipos de combustibles mediante destilación fraccionada.
La separación de los componentes de la sangre: La sangre es una mezcla de plasma, glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas. Se puede separar en estas fracciones mediante centrifugación.
Actividades:
Mencionen la diferencia entre separación de fases y fraccionamiento de fases.
2. Indiquen el método o los métodos que utilizarían para separar…
a) Un sistema formado por vinagre, agua y aceite.
b) El sistema jugo de limón-pulpa de limón.
c) El sistema sal-agua-polvo de carbón
d) El sistema rocas-pepitas de oro-agua de río.
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