ESTEQUIOMETRÍA

ESTEQUIOMETRÍA

Concepto

La Estequiometría es la parte de la química que estudia las relaciones aritméticas entre las masas o los volúmenes de los reactantes y los productos de una reacción.

Pesos atómicos relativos

La masa de un átomo es extremadamente pequeña, del orden de 10^-23 gramos, por lo que se vio por conveniente crear una unidad especial en la que la masa de los átomos se pueda expresar sin el empleo de los exponentes. Esta unidad se denomina unidad de masa atómica unificada, cual se designa con el símbolo u y se define exactamente como 1/12 de la masa del átomo del carbono -12. De este modo, la masa de cualquier otro átomo puede expresarse en la misma unidad, es decir comparándolo con la masa del átomo del  

 

 El peso real de un sólo átomo o "peso atómico absoluto" carece de importancia práctica, ya que lo que le interesa a un químico son los pesos atómicos relativos o de comparación entre los átomos. Así por ejemplo, si decimos que el peso atómico relativo o simplemente el peso atómico del hidrógeno es aproximadamente 1 y el del carbono es 12; en ese sentido, un átomo individual de carbono pesa 12 veces más que un átomo de hidrógeno.

El átomo-gramo

Los químicos para representar cantidades específicas de un elemento utilizan una unidad que representa a un gran número de átomos. A esta unidad se le denomina átomo-gramo y viene a ser una cantidad de gramos, numéricamente igual al peso atómico del elemento.

Así por ejemplo, siendo 12 el peso atómico del carbono, entonces 1 átomo-gramo tendrá 12 gramos de carbono. El peso atómico del oxígeno es 16, y 1 átomo-gramo de oxígeno tendrá 16 gramos de este elemento.

Cabe destacar que un átomo-gramo de un elemento contiene exactamente el mismo número de átomos que un átomo-gramo de cualquier otro elemento.



El peso molecular

El peso molecular se obtiene sumando los pesos atómicos de los átomos que conforman una molécula.

 El peso molecular absoluto corresponde al peso real de una sola molécula, pero éste en la práctica es de poco interés debido a su muy pequeño valor. Por otro lado el peso molecular relativo nos permite comparar el peso de una molécula con el de otra molécula o cualquier otro átomo.

Por ejemplo, el peso molecular del agua H₂O es 18 

Por tanto una molécula de agua pesa 18 veces más que un átomo de hidrógeno.



El mol o molécula-gramo

El mol o molécula-gramo de un elemento o un compuesto, es un peso en gramos, numéricamente igual al peso molecular.

Así por ejemplo, un mol o molécula-gramo de agua es igual a 18 gramos de este compuesto. Un mol o molécula-gramo de sulfato de calcio CaSO₄ es igual a 136 gramos.

Un mol también se considera como el peso de una sustancia con el mismo número de partículas elementales, ya sean átomos, moléculas, fórmulas o iones que hay en 12 gramos de carbono-12.

*Cabe destacar que las moléculas monoatómicas, es decir aquellas formadas por un sólo átomo, un mol es igual a un átomo gramo.

Por ejemplo: Si el peso atómico del hierro es 55.84, un mol de hierro es igual a 55.84 gramos de hierro.  



El Número de Avogadro

En el átomo-gramo de cualquier elemento hay siempre el mismo número de átomos, y este número átomos es aproximadamente 602 300 000 000 000 000 000 000. Este número también se puede representar de forma abreviada como 6, 023 x 10<sup>23  y se le llama Número de Avogadro, designado con el símbolo N.

El Número de Avogadro indica también cuántas moléculas hay en un mol de cualquier sustancia.



Pesos Equivalentes

El peso equivalente de un elemento, es el peso del mismo elemento que se combina, reemplaza, o de alguna forma equivale químicamente a una parte en peso de hidrógeno u ocho partes en peso de oxígeno.

El peso equivalente se calcula dividiendo el peso atómico de un elemento entre su valencia.</sup>

 
 <sup>De forma análoga, el peso equivalente de un compuesto se calcula dividiendo el peso molecular entre su valencia.


El Equivalente-Gramo

Es una cantidad igual al peso equivalente, pero expresada en gramos.</sup>

  







 

NATURALEZA DE LA LUZ

NATURALEZA DE LA LUZ

1.- Teoría Corpuscular:

En esta teoría se tiene como representante a Isaac Newton. Hasta la época de Newton (1642-1727), muchos científicos creían que la luz consistía en corrientes de partículas llamadas corpúsculos, así también Newton pensaba que la luz estaba constituida por partículas muy pequeñas que emitían los cuerpos luminosos y que al llegar al ojo de una persona, se propaga en línea recta, con el que se produce la sención luminosa.

2.- Teoría Ondulatoria:

Christiaan Huygens creía que la luz consistía en un movimiento ondulatorio longitudinal como el sonido, y se propaga en el seno de un hipotético medio elástico extendido por todas partes al cual le llamaba éter. La ventaja de esta teoría es que explicaba la reflexión y de un modo más facil la refracción luminosa. Sin embargo había el inconveniente con esta teoría de que si la luz se comportaba como onda, entonces podrían doblar obstáculos, y por tanto se podría ver detrás de una esquina, no habría sombras, etc. 

Posteriormente la teoría ondulatoria adquiere más respaldo debido al trabajo de Young, que trata los fenómenos de interferencia. Luego esta teoría es consolidada por los estudios de Fresnel sobre la difracción, que explica la propagación rectilínea de la luz en base a su longitud de onda muy corta. Fresnel también demostró que los fenómenos de polarización evidenciaban que las ondas luminosas eran transversales. En ese sentido, los fenómenos de Interferencia, Difracción y Polarización son ondulatorios,  y no se pueden explicar con la teoría corpuscular.

Maxwell en 1873 añade que una consecuencia de su teoría electromagnética era la posibilidad de la existencia de ondas electromagnéticas cuya velocidad de propagación coincidía con la calculada experimentalmente para la velocidad de la luz, por lo que la luz tendría una naturaleza ondulatoria del tipo electromagnético y no mecánico.

Algunos años más tarde Hertz confirmó las previsiones de Maxwell al producir ondas electromagnéticas mediante un circuito oscilante, de ese modo demostrar que poseían todas las propiedades de la luz a excepción de las diferencias derivadas de su longitud mucho mayor de onda.

Cabe destacar que la teoría electromagnética de Maxwell permitió englobar a la electricidad y a la óptica que en ese entonces eran materias independientes.

3.- Teoría Cuántica 

A fines del siglo XIX la teoría electromagnética parece imposobilitado de explicar los datos experimentales de la luz emitida por un cuerpo sólido caliente. Entonces Max Planck en 1900 estableció que los átomos en oscilación no pueden absorber ni emitir energía radiante, es decir luz, de forma continua, sino en unidades discretas llamadas "Cuantos".

La teoría cuántica aparece como la nueva física, cual se proyecta a ser como una teoría atómica de la energía, aunque la magnitud de los "Cuantos" no es fija, ya que depende de la frecuencia.

En 1905, Albert Einstein amplía las ideas cuánticas de Planck a la luz misma. Einstein establece que el cuanto de energía conserva su individualidad tras haber sido emitido y se mueve con la velocidad de la luz. Sin embargo, suponer que la luz está conformada por fotones sería volver a la desfasada teoría corpuscular, aunque la energía del fotón, y por tanto de la luz,  está en función de una magnitud ondulatoria como lo es la frecuencia.

La entonces muy cuestionada teoría fotónica fue confirmada por los estudios de Compton en 1922, al ver ciertos choques entre fotones de rayos x o gamma y electrones, en los que el fotón cede sólo una parte de su energía al electrón, transformándose en otro de menor energía o frecuencia, saliendo dispersado en distintas direcciones, concordando con las leyes del choque elástico entre cuerpos materiales.  

Las propiedades aparentemente contradictorias de onda y partícula que tendría la luz se habían conciliado en 1930 con el desarrollo de la electrodinámica cuántica, cual era una teoría que integra tanto a las propiedades ondulatorias como corpusculares. Así, algunas veces la luz se comporta de forma ondulatoria en los fenómenos de propagación y se comporta como corpúsculo en la interacción con la materia en la emisión y absorción.    

Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética debido al movimiento térmico de sus moléculas; dicha radiación, llamada radiación térmica, es una mezcla de diferentes longitudes de onda. Cuando la materia es sometida a una temperatura suficientemente alta, emite suficiente luz visible para ser luminosa por sí misma; en ese sentido la materia suficientemente caliente en cualquiera de sus formas es una fuente luminosa.

La luz también es producida durante las descargas eléctricas a través de gases ionizados, como por ejemplo los diferentes colores de los anuncios de "neón".

Otra fuente luminosa de gran importancia es el láser. En el láser los átomos son inducidos a emitir luz en forma cooperativa y coherente, con el que se produce un haz muy angosto de radiación que puede llegar a tener una gran intensidad, cual está muy cercano a una característica de ser monocromático o de una sola frecuencia, comparado con la luz de otros orígenes.

Cualquiera que sea su fuente, la radiación electromagnética viaja en el vacío con la misma rapidez. 

La rapidez de la luz en el vacío es de 

                                     c = 2.99792458 x 10⁸ m/s 

BIOENERGÉTICA

BIOENERGÉTICA

El estudio de las trasformaciones de la energía de los organismos vivientes  se denomina bioenergética.

A nivel biológico se pueden distinguir tres tipos importantes de transformaciones de la energía:

- La primera consiste en la energía radiante de la luz solar que es capturada por la clorofila, que es un pigmento verde presente en las plantas verdes, y es transformada por el proceso de fotosíntesis en energía química. Con esta energía se sintetiza carbohidratos y otras moléculas complejas a partir del bióxido de carbono y agua. La energía radiante de la luz solar, que es una forma de energía cinética, se transforma en un tipo de energía potencial. La energía química es almacenada en las moléculas de carbohidratos y otros alimentos.

- El segundo es la energía química de los carbohidratos y otras moléculas que se transforma por un proceso llamado respiración celular en energía biológicamente útil de enlaces fosfato ricos en energía; este proceso ocurre en la mitocondria. 

- El tercer tipo de transformación de la energía se produce cuando la energía química de los enlaces fosfato ricos en energía es utilizada por las células para hacer trabajo, como por ejemplo el trabajo mecánico de la contracción muscular, el trabajo eléctrico para conducir un impulso nervioso o el trabajo químico para sintetizar moléculas para el crecimiento, entre otros.

Luego de estas transformaciones, la energía pasa al medio ambiente en forma de calor. 

Las plantas y los animales en su complejidad celular, han creado ciertos transductores de energía que tienen mucha eficacia, como son los cloroplastos y las mitocondrias, que efectúan este proceso junto con eficaces mecanismos de control  para regular transductores y permitir a las células adaptarse a las condiciones ambientales.

En el plano de la física, la energía y sus transformaciones es tratado por la termodinámica, cual consta de principios básicos universalmente aplicables a los procesos químicos, ya sea en sistemas vivientes o no.

Cuando hay condiciones experimentalmente controladas, la cantidad de energía que entra en un sistema y el que sale de él puede medirse y compararse. Así, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma a otra. Expresión mencionada por la primera ley de la termodinámica, cual es llamada ley de la conservación de la energía.

Cuando un sistema experimenta un cambio desde su estado inicial hasta su estado final, puede absorber energía del medio circundante o liberar energía a este medio. La diferencia en el contenido de la energía del sistema en su estado inicial y su estado final debe ser exactamente igual a un cambio correspondiente en el contenido energético del medio circundante.

Hay otras formas de energía que pueden convertirse en calor y medirse por su efecto, al elevar la temperatura del agua.

Cabe destacar que casi todos los fenómenos físicos o químicos van acompañados de una producción de calor o absorción de éste.  En el caso de un proceso con liberación de calor, se le denomina exotérmico; por otro lado cuando absorbe calor se llama endotérmico.

A la segunda ley de la termodinámica se le puede expresar como "aumenta la entropía del universo". También se puede expresar la segunda ley de la termodinámica como "los procesos físicos y químicos se efectúa de tal modo que la entropía del sistema se convierte en máxima". Pero ¿Qué es la entropía?. La entropía es una medida del desorden o también llamado aleatoriedad.

La pérdida de calor incrementa la entropía del medio circundante, puesto que en las transformaciones de la energía hay una pérdida de calor y el calor pone el movimiento de las moléculas al azar. Sin embargo los organismos vivientes poseen células con una complejidad y alta organización, lo que contrapone a la entropía, que es una medida de desorden, y la poca entropía de las células se preserva aumentando la entropía en el medio circundante.