Química - Los impactos de la ciencia

          A propósito de lo discutido hoy, durante y después de la clase, nos permitimos comenzar a volver la mirada a una química en particular y a una ciencia en general, integrantes y formadoras de lo cotidiano, que atraviesan y que son atravesadas por fenómenos sociales, políticos, económicos y culturales.

          ¿Qué queremos conocer? ¿Por qué y para qué queremos conocerlo? ¿Cómo usamos el conocimiento? ¿Qué hacer con el? ¿Podemos pensar en una ciencia independiente de los factores económicos, políticos, sociales y culturales? ¿Cómo interactúan entre si estos aspectos? ¿Qué lugar ocupa la ciencia en la sociedad? ¿Y el investigador?

          Dos epistemólogos argentinos, Mario Bunge y Gregorio Klimovsky, hacen una distinción entre la ciencia como expresión del conocimiento y el uso que a éste se le es dado por los Estados y/o los gobiernos. Bunge sostienen que el investigador científico no es responsable de las aplicaciones del conocimiento que produce. Klimovsky, en cambio, señala la importancia del deber ético del científico: "todo hombre de ciencia debería preguntarse ¿Para qué estoy haciendo lo que estoy haciendo? ¿En qué beneficia a la humanidad? y debería participar en política y en los partidos políticos para promover esta visión de las cosas". Surge el concepto de "La ciencia martillo", la ciencia como herramienta que construye pero que también destruye.

          Si la investigación científica requiere sustento económico, ¿Quiénes son los inversores? ¿Cuáles son los criterios por los que se deciden a financiar ciertos proyectos? ¿Cuál es el rol del Estado en la promoción de la ciencia y la tecnología? ¿Qué se busca cuando se decide poner en marcha una investigación científica? ¿A servicio de qué o de quién se pone el investigador científico? ¿Qué lo motiva? ¿El bien común? ¿El conocimiento per se? ¿Poder? ¿Dinero?

          En 1939, Albert Einstein, gracias a trabajos realizados por Fermi y Szilard, deduce y comunica el asombroso potencial del elemento Uranio como fuente de energía. Para graficarlo, en una carta al presidente de los Estados Unidos (Roosvelt), habla del poder que habría de tener una bomba fabricada con este material. En 1940 se crea el proyecto Manhattan y empiezan a producirse las primeras bombas atómicas que, años mas tarde, matarían a cerca de doscientas mil personas en Hiroshima y Nagasaki.

          Las bombas atómicas se construyen sobre bases físico-químicas relativas a las propiedades del núcleo atómico. El núcleo del átomo está formado por partículas con carga eléctrica neutra (neutrones) y por partículas con carga eléctrica positiva (protones). Dado que las partículas con igual carga se repelen, la energía necesaria para mantenerlas juntas es muy elevada. Esa energía es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y es la denominada fuerza nuclear fuerte. Cuando dos núcleos atómicos se desintegran (fisión) liberan enormes cantidades de esa energía contenida. Por el contrario, cuando dos núcleos lo suficientemente ligeros se combinan (fusión), la energía nuclear fuerte los unirá formando un núcleo de mayor tamaño pero con algo menos de masa. Esa masa 'faltante' se libera como energía según la fórmula E = mc2 (cuadrado) y es la llamada energía de fusión.

          El fenómeno de fusión nuclear es un fenómeno que ocurre en la naturaleza. En el sol, los átomos de Hidrógeno se fusionan entre sí para formar Helio liberando energía como calor y radiación. Con esta base, el hombre ha construído las llamadas bombas de hidrógeno, en donde núcleos livianos como el del hidrógeno o el de alguno de sus isótopos se unen para generar una reacción nuclear en cadena no controlada que libera masivas cantidades de energía.

          Los explosivos han sido útiles para la construción, pero ¿Qué motiva la aplicación del conocimiento científico para la fabricación de armas de destrucción masiva? ¿Qué otro uso se le da a una ametrelladora sino matar?

          La ciencia provee conocimientos cuya aplicación impacta de forma severa en los procesos sociales, en la concepción que los individuos hacen de la vida y de la realidad. El teléfono, la anticoncepción, las vacunas, el manejo de los hidrocarburos... Inventos y procesos que han marcado un antes y un después en las sociedades.

          Pero no todo son armas para la guerra. En 1955 Jonas Salk presenta su vacuna contra la poliomielitis. Su aplicación ha generado un descenso en la mortalidad por esta infección del 100%. En una de sus entrevistas le preguntan: "¿Quién posee la patente de esa vacuna?". Las patentes otorgadas a nuevos medicamentos o tecnologías dan, por cierto lapso de tiempo, el derecho exclusivo a la venta del invento. Salk decide, sin embargo, que se expenda gratis. Responde: "Yo diría que la gente. No existe tal patente. ¿Usted patentaría el sol?".

          En el año 2000, en Estados Unidos se concluyen simultáneamente dos proyectos cuyo fin era la secuenciación completa del genoma humano. Uno era público; el otro, privado. El proyecto Genoma Humano llevado a cabo por Celera Genomis, empresa fundada por el biólogo y empresario Craig Venter, logró producir la primera célula humana sintética y reclamó la patente de su invento y, con ello, el monopolio de la información que había requerido, que era ni más ni menos que el mapa completo del ser humano. Muchas fueron las críticas y finalmente la Corte Suprema estadounidense prohibió el patentamiento de genes humanos dado que "no pueden pertenecen a nadie de forma exclusiva", es un conocimiento inherente a la humanidad toda.

          Es importante concebir una ciencia contextualizada y velar por que los conocimientos que de ella se desprendan sirvan al bien común. Tenemos/tendremos, como docentes, un importante rol en este aspecto. Debemos ser capaces de entender que transmitimos herramientas poderosas y que, por tanto, tendremos que, al menos hacer el intento de promover un uso responsable de ellas, que sea regido por las normas éticas y morales, que bregue por el mejoramiento de las condiciones de vida, que considere a la vida como un bien sagrado y que garantice, en cualquier instancia, la dignidad de las personas y de cualquier otro ser vivo.

Química - Tipos de compuestos químicos

Química - Estado de oxidación

Estado de oxidación: Es indicador del grado de oxidación de un átomo que forma parte de un compuesto químico. Formalmente, es la carga eléctrica hipotética que el átomo tendría si todos sus enlaces a elementos distintos fueran 100% iónicos. El EO es representado por números, los cuales pueden ser positivos, negativos o cero (cuando están en estado libre o no enlazados).

          Un átomo tiende a obedecer la regla del octeto para así tener una configuración electrónica estable (igual a la de los gases nobles que son muy estables eléctricamente y que por ello tienden a no interactuar. A esto deben su nombre: gases nobles o inertes). Dicha regla sostiene que un átomo tiende a tener ocho electrones en su nivel de energía más externo. En el caso del Hidrógeno este tiende a tener 2 electrones, lo cual proporciona la misma configuración electrónica que la del Helio.

          Cuando un átomo A necesita, por ejemplo, 3 electrones para obedecer la regla del octeto, entonces dicho átomo tiene un número de oxidación de -3. Por otro lado, cuando un átomo B tiene los 3 electrones que deben ser cedidos para que el átomo A cumpla la ley del octeto, entonces este átomo tiene un número de oxidación de 3+. En este ejemplo podemos deducir que los átomos A y B pueden unirse para formar un compuesto, y que esto depende de las interacciones entre ellos. La regla del octeto y del dueto (caso del Hidrógeno) pueden ser satisfechas compartiendo electrones (formando moléculas) o cediendo y adquiriendo electrones (formando compuestos de iones).


Sabemos entonces que cuando hablamos de electronegatividad y de estado de oxidación, hablamos de átomos que están interactuando con otros átomos. DEBE HABER UNIÓN QUÍMICA PARA QUE ESTAS PROPIEDADES SE PONGAN DE MANIFIESTO.


Oxido de aluminio como ejemplo. Estado de oxidación y estequimetría.

Al⁰ + O⁰₂ → Al³⁺ + 2O²⁻

El oxígeno está presente en forma diatómica (gas).

El aluminio (Al) se combina con el oxígeno (O), produciendo óxido de aluminio. El número de oxidación de ambos elementos sin combinar es 0 (cero), ya que están equilibrados eléctricamente. El número de oxidación del aluminio combinado es 3+, ya que cede tres electrones. El número de oxidación del oxígeno combinado es 2−, ya que acepta hasta 2 electrones.

Los electrones cedidos y aceptados por los distintos elementos crean un problema con las cargas eléctricas. Por ejemplo, el aluminio cede tres electrones y el oxígeno sólo acepta dos, por lo que sobra uno. De esto se concluye que en la reacción no interviene un solo átomo de oxígeno, por lo que se procede a balancear la ecuación, para que coincidan todos los electrones transferidos con las capacidades de cada elemento aceptor.

La ecuación balanceada queda así:

 4Al⁰ + 3O⁰₂ → 4Al³⁺ + 6O²⁻

Con lo que se logra el balance perfecto para que se acomoden todos los electrones excedentes.

• Todos los elementos metálicos (los cuales ceden electrones) cuando forman compuestos tienen generalmente estados de oxidación positivos.

• Los elementos no metálicos y semimetálicos pueden tener estados de oxidación positivos y negativos, dependiendo del compuesto que estén constituyendo.

• Para cualquier elemento el máximo estados de oxidación es el correspondiente al número de grupo.

• El mínimo estado de oxidación posible de un elemento es - 4, y lo tienen algunos de los elementos del grupo 4A.

• Los no metales tienen un estado de oxidación negativo único, que es igual al número de grupo menos 8.

• Los elementos de los grupos 1A y 2A poseen los estados de oxidación +1 y +2 respectivamente.

• El hidrógeno funciona con estado de oxidación +1 generalmente, a excepción cuando forma hidruros metálicos en donde su estado de oxidación es - 1.

• El número de oxidación del O es - 2, excepto cuando forma peróxidos, donde es - 1, y cuando forma superóxidos, donde es - 1/2.

• La suma de los estados de oxidación de los elementos de un compuesto es igual a su carga neta.

Reglas para asignar un número de estado de oxidación

          1. El número de oxidación de todos los elementos en estado libre (no combinados con otros) es de cero (p. ej., Na, Cu, Mg, H₂, O₂, Cl₂, N₂).
          2. El número de oxidación del H es de +1, excepto en los hidruros metálicos, en los que es de -1 (p. ej., NaH, CaH₂).
          3. El número de oxidación del O es de -2, excepto en los peróxidos, en los que es de -1, en los superóxidos que es -1/2 y en el OF2, donde es de +2.
          4. El número de oxidación del elemento metálico de un compuesto iónico es positivo.
          5. En los compuestos covalentes, el número de oxidación negativo se asigna al átomo más electronegativo.
          6. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un compuesto es cero.

          7. La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos de un ion poliatómico es igual a la carga del ion.

Química - Electronegatividad

Electronegatividad: Es una medida de la capacidad de un átomo para atraer a los electrones cuando forma un enlace químico en una molécula.

          La electronegatividad de un átomo determinado está afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su masa atómica y su radio atómico. Fue Linus Pauling el investigador que propuso esta magnitud por primera vez como un desarrollo más de su teoría del enlace de valencia, así como también propuso el primer procedimiento de cálculo (hoy, además, el más sencillo). El resultado obtenido mediante este procedimiento es un número adimensional que se incluye dentro de la escala de Pauling. Esta escala varía entre 0,7 para el elemento menos electronegativo (el Francio) y 4,0 para el mayor (el Flúor)

          La electronegatividad no es estrictamente una propiedad atómica, pues se refiere a un átomo dentro de una molécula por lo cual puede cambiar de valor de acuerdo al medio al que esté sometido el átomo (esto es lo que sucede con los metaloides: de acuerdo a las condiciones del ambiente en el que se van a enlazar se comportan como metales o como no metales).

          Dos átomos con electronegatividades muy diferentes forman un enlace iónico. Pares de átomos con diferencias pequeñas de electronegatividad forman enlaces covalentes polares con la carga negativa en el átomo de mayor electronegatividad.

          En general, los diferentes valores de electronegatividad de los átomos determinan el tipo de enlace que se formará en la molécula que los combina. Así, según la diferencia entre las electronegatividades de éstos se puede determinar (convencionalmente) si el enlace será, según la escala de Linus Pauling:

• Covalente no polar: ΔEN ˂ 0,4
• Covalente polar: 0,4 ≤ ΔEN ≤ 1,7
• Iónico: ΔEN ≥ 1,7

Δ: Delta. Quiere decir “diferencia”
EN: Electronegatividad

ΔEN: Diferencia de electronegatividad

Química - Carga nuclear efectiva

          La carga nuclear efectiva (Zef) no tiene unidades. Conceptualmente se entiende como la fuerza con la que el núcleo atómico retiene a uno de sus electrones. Sabemos, sin embargo, que la disposición de los electrones en capas permite diferenciar una o más capas internas o del core y una capa externa o de valencia. La fuerza nuclear efectiva sobre los electrones de esta última capa es menos que la carga nuclear total dado que existe un efecto denominado efecto pantalla. El efecto pantalla se da porque los electrones, además de ser atraídos por el núcleo, entre ellos se repelen dado que tienen la misma carga. Esto implica que cuando los electrones del core aumentan, la repulsión que experimentan los electrones de valencia es mayor y por lo tanto se alejan más. Esto explica por qué el radio atómico y el carácter metálico aumentan a lo largo de un grupo y el resto de las propiedades disminuyen (los electrones están más lejos del núcleo (mayor radio) por lo que es más fácil perderlos (mayor carácter metálico), se requiere menos energía para quitárselos al átomo (menor energía de ionización) y durante las uniones químicas será poco probable que éste se quede con sus electrones y mucho menos con los del otro átomo (menor electronegatividad)).

          Considerando el efecto pantalla, la Zef se puede calcular como el número de electrones del átomo menos el número de electrones del core del mismo (número representado por la letra griega sigma):

Zef = Z – σ (sigma)

Ejemplo: El Litio tiene tres protones. Como es un átomo sabemos que su carga eléctrica neta es cero o neutra, por lo que tiene también 3 electrones. Pertenece al grupo 1, por lo tanto tiene 1 electrón de valencia y dos del core. Entonces:

Zef = Z – σ
Zef = 3 – 2
Zef = 1 (sin unidades)

Química - Propiedades de los elementos

Carga nuclear efectiva (Zef): es la fuerza de atracción que ejerce el núcleo atómico sobre un electrón en particular o sobre los electrones de valencia.

Energía de ionización (EI): es la energía que se necesita para ‘arrancar’ un electrón al átomo.

Radio atómico (RA): es la distancia que existe entre el núcleo atómico y la capa de electrones de valencia.

Carácter metálico (CM): puede entendérselo como la facilidad con la que un átomo pierde electrones.

Electronegatividad (EN): es la capacidad relativa que tiene un átomo de un elemento de atraer para sí los electrones de otro átomo en una unión química.

Se dice que las propiedades de los elementos son periódicas cuando dependen del Z del átomo. Este es el caso de: el radio atómico y la energía de ionización, aunque del mismo modo pueden entenderse las restantes antes mencionadas, dado que un núcleo con más protones será capaz de ejercer más fuerza de atracción sobre sus electrones (aumenta Zef) así como sobre los electrones de otro átomo (aumenta EN) y tenderá a perder menos electrones propios (disminuye CM).

La electronegatividad es una propiedad que únicamente se pone de manifiesto durante las uniones químicas entre dos o más átomos. Linus Pauling creó una escala de electronegatividad asignándole el número 4 al elemento más electronegativo (el Flúor) y comparando con este al resto de los elementos de la Tabla.