CAPÍTULO 1 / EJERCICIOS

LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES | EJERCICIOS

El átomo y las moléculas

1. Dibuja cómo está compuesto un átomo y describe las características de cada parte:

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Identifica cuáles de los siguientes enunciados son verdaderos (V) y cuáles son falsos (F). Justifica todas las respuestas.

Las moléculas de la materia en estado gaseoso tienen poca distancia de separación. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Los átomos están formados por partículas subatómicas llamadas aniones y cationes. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Las moléculas de un cuerpo sólido no tienen posiciones fijas, es decir, que pueden moverse libremente. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Según la teoría de Dalton, los átomos de un mismo elemento tienen las mismas propiedades. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

El número atómico está formado por la suma de los protones y los electrones, y éste se representa con la letra Z. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Las moléculas compuestas están formadas por átomos de un mismo elemento. (  )

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Estados de agregación de la materia

1. Describe cuáles son los tipos de sólidos:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Establece cuatro diferencias entre los estados sólido, líquido y gaseoso:

Sólido Líquido Gaseoso

Características y estructura general de la atmósfera

1. Realiza un mapa conceptual sobre el ciclo del nitrógeno.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. La atmósfera está compuesta por cinco subcapas atmosféricas. En el siguiente cuadro, agrega el nombre de la subcapa correspondiente a cada descripción.

Subcapa Descripción
También conocida como ionósfera, es aquella capa donde los rayos gamma, los rayos X y la radiación ultravioleta proveniente del espacio producen la ionización de átomos y moléculas, lo que su vez genera un aumento en la temperatura.
Es conocida por ser la capa donde se observan las estrellas fugaces, meteoroides que se desintegran al ingresar a nuestro planeta. También se caracteriza por presentar mayor formación de turbulencias producto de la baja densidad del aire.
Es la subcapa que está en contacto con la superficie terrestre. En ella ocurren los fenómenos meteorológicos como tormentas tropicales, lluvias, vientos y huracanes.
Por su composición es la capa más densa de la atmósfera, ya que contiene la mayor parte del oxigeno, además del vapor de agua.
Se ubica a 50 km de altitud y debe su nombre a su organización estratificada. La principal característica de esta subcapa es que contiene el 90 % del ozono presente en la atmósfera, este compuesto químico tiene la función de proteger al planeta de las radiaciones nocivas provenientes del espacio.
Es la capa de transición entre la atmósfera y el espacio. Debido a ello, los gases en esta capa pierden sus propiedades fisicoquímicas y se dispersan hasta alcanzar una composición similar a la del espacio.

Mezclas HETEROGÉNEAS

1. Menciona tres ejemplos de mezclas coloidales y tres ejemplos de suspensiones:

Mezclas coloidales Suspenciones

 

2. Explica en qué consiste el efecto Tyndall y cómo puede ayudar en el diagnóstico de la uveítis:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Mezclas homogéneas: relación soluto-solvente

1. Describe tres ejemplos de mezclas homogéneas que pueden ser útiles para la humanidad:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Investiga y describe cinco técnicas de separación de mezclas homogéneas:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

El agua como solvente universal

1. Explica por qué el agua es considerada un solvente universal:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Indica cuatro ejemplos de sustancias hidrofílicas, hidrofóbicas y anfipáticas:

Hidrofílicas

Hidrofóbicas

Anfipáticas

Separación de mezclas

1. Investiga y menciona un ejemplo para cada método de separación empleado en la industria:

EVAPORACIÓN: _______________________________________________________________________________________

SUBLIMACIÓN: ________________________________________________________________________________________

SEDIMENTACIÓN: ______________________________________________________________________________________

FLOTACIÓN: __________________________________________________________________________________________

DECANTACIÓN: ________________________________________________________________________________________

TAMIZACIÓN: _________________________________________________________________________________________

FILTRACIÓN: __________________________________________________________________________________________

CENTRIFUGACIÓN: _____________________________________________________________________________________

DESTILACIÓN: _________________________________________________________________________________________

CRISTALIZACIÓN: ______________________________________________________________________________________

PRECIPITACIÓN: _______________________________________________________________________________________

2. Identifica qué técnica de separación se está empleando en cada imagen.

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Transformación de la materia

  1. Describe 5 reacciones químicas que ocurren en nuestro cuerpo:

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

2. Basándote en las reacciones químicas de nuestro cuerpo descritas en la pregunta anterior. Explica: ¿cuáles son endotérmicas y cuáles son exotérmicas? ¿Por qué?

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Cambios químicos: combustión y corrosión

1. Establece cuatro diferencias entre la combustión y la corrosión:

Combustión Corrosión

2. Describe tres métodos empleados por el hombre para reducir la combustión:

a)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

 

b)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

c)

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

 

 

CAPÍTULO 4 / TEMA 3

Formas de energía

La energía es la capacidad que posee un cuerpo de realizar distintos tipos de trabajo, como el movimiento, el calor o la luz. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras, ya sea transferida o transformada de un tipo a otro.

ENERGÍA MECÁNICA

Es la energía almacenada y relacionada con la posición y el movimiento de los cuerpos. Asimismo, es producto de la suma de otras dos formar de energía: la cinética y la potencial.

¿Sabías qué?
En física, el trabajo es un principio de la mecánica que comprende una fuerza y un desplazamiento; el trabajo (W) lo usamos para describir cuantitativamente lo que se obtiene cuando una fuerza hace mover a un cuerpo a lo largo de una distancia.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía con un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética.

La energía potencial se puede presentar como:

Energía potencial gravitatoria

Es la que poseen los cuerpos debido a la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra.

Energía potencial elástica

Es la energía acumulada en un cuerpo elástico, es decir, aquellos que tienen la capacidad de deformarse y luego recuperar su forma original.

Energía potencial química

Es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un proceso de combustión interna.

Energía cinética

Significa “movimiento”, cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

El valor de esta forma de energía depende de la masa (m) y de la velocidad (v) del cuerpo.

Cuando se lanza una pelota, gana energía cinética progresivamente.
Justo en el punto más elevado de la montaña rusa, toda la energía del vagón sería energía potencial, y al comenzar a descender, la energía potencial se transforma en energía cinética.

ENERGÍA QUÍMICA

La energía química es aquella que posee la materia debido a su estructura interna, este tipo de energía se puede aprovechar de las reacciones químicas, ya que se origina en las uniones entre átomos y moléculas. Esta energía puede ser liberada o absorbida durante la reacción, por lo tanto también puede liberar o absorber calor.

Las reacciones químicas pueden ser:
Exotérmicas si liberan calor Endotérmicas si absorben calor

Respiración de los seres vivos.

 

Combustión de compuestos orgánicos.

Fotosíntesis.

 

Descomposición de proteínas.

¿Qué es la biomasa?

Es material orgánico que proviene de plantas y animales, y es una fuente de energía renovable. Cuando se quema el material se libera calor que puede ser aprovechado, es decir, se transforma la energía química contenida en energía térmica.

 

La combustión es una de las reacciones más comunes. En estas reacciones el oxígeno del aire reacciona con un combustible y libera energía en forma de calor. Esta transformación se puede representar de la siguiente forma:

 

Donde:

Pc = poder calorífico de un cuerpo al arder, es decir, la energía que puede obtenerse de un kilogramo de combustible.

m = masa del cuerpo que se quema (en kg).

V = volumen del cuerpo que se quema (en m3).

ENERGÍA TÉRMICA

La energía térmica es la manifestación de la energía en forma de calor, por lo tanto es una energía en “paso o de tránsito”, que se transfiere de un cuerpo a otro. Se debe al movimiento de las partículas que forman la materia. Cuando ese movimiento se acelera, aumenta la temperatura y por consiguiente hay más energía térmica.

Así, cuando un cuerpo esté a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. De este modo, el calor no es más que una forma de denominar a los aumentos y pérdidas de energía térmica.

El calor puede transferirse de distintas formas:

Conducción

Es la transferencia de energía térmica que se produce a través de un medio material sin que se manifieste transporte de materia.

Convección

Es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, como aire o agua. En esta forma de propagación sí hay transporte de materia.

Radiación

Es la transmisión del calor por ondas electromagnéticas, a diferencia de la conducción y convección, no necesita de un medio material para propagarse.

Se debe saber que a causa del intercambio de calor, un cuerpo puede variar su temperatura o cambiar su estado (por ejemplo, de líquido a sólido). Si se quiere calcular la cantidad de energía intercambiada es posible utilizar la siguiente ecuación:

Donde:

Q = cantidad de energía en forma de calor intercambiada entre los sistemas.

m = masa del sistema.

c = propiedad que depende del material que constituye el cuerpo y se denomina calor específico.

ΔT = variación de temperatura.

ENERGÍA RADIANTE

Este tipo de energía es producida por las ondas electromagnéticas, como las ondas de radio. Se caracteriza principalmente por la capacidad que tiene de propagarse en todas las direcciones en el vacío sin soporte material.

La energía solar es un ejemplo de energía radiante.

La energía radiante está en constante movimiento y a velocidades altísimas, lo que forma ondas que poseen distintas longitudes y frecuencias. La mayoría de estas ondas puede propagarse por el vacío, por eso, los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden llegar hasta la superficie de la Tierra.

Ejemplos de energía radiante

 

Rayos X.

 

 

Rayos infrarrojos.

 

 

Rayos ultravioletas.

¿Qué son las ondas electromagnéticas?

Son aquellas que se pueden propagar en el vacío sin necesidad de un medio material. La luz, los rayos x, los rayos láser y otros, son ejemplos de ondas electromagnéticas.

ENERGÍA ELÉCTRICA

Este tipo de energía es causada por el movimiento de las cargas eléctricas o de los electrones que poseen los materiales conductores. Puede generarse a partir de otras energías y, a su vez, puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

Un relámpago es la emisión de luz seguida de la descarga eléctrica del rayo.

La energía eléctrica es aquella que se usa al encender la luz, calentar la comida con el horno de microondas o cargar el teléfono celular. Una forma de obtener energía eléctrica a partir del Sol es mediante la utilización de paneles solares.

La energía eléctrica puede representarse de la siguiente manera:

Donde:

P = potencia expresada en vatio (W).

t = tiempo en segundos.

V = voltaje en voltios (V).

R = resistencia eléctrica en ohmios (Ω).

I = intensidad d corriente en amperios (A).

¿Qué es la electricidad?

El término “electricidad” deriva del griego electron, que significa “ámbar”, y con este nombre se denominan todos los fenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas, y resultantes de la presencia y flujo de una corriente eléctrica.

 

VER INFOGRAFÍA

 

ENERGÍA MAGNÉTICA

VER INFOGRAFÍA

Es la capacidad de atraer o repeler que poseen algunos materiales sobre otros y que originan campos magnéticos permanentes que producen energía magnética. Existen diversos materiales con propiedades magnéticas, entre ellos se encuentran el níquel, el cobalto, el hierro y sus aleaciones. Sin embargo, la presencia de campos magnéticos influye, en mayor o menor medida, en todos los materiales.

¿Sabías qué?
En año 1819, el danés Hans Christian Orested fue el primero en relacionar los imanes con las corrientes eléctricas para definir lo que hoy se conoce como electromagnetismo.

Teorías del magnetismo

VER INFOGRAFÍA

Para poder comprender el fenómeno del magnetismo se han desarrollado distintas teorías.

Teoría de Weber

Un imán puede dividirse indefinidamente y aun así conservar sus propiedades magnéticas. Los materiales están compuestos de pequeñas moléculas imantadas.

Teoría de Ewing

Los materiales están compuestos por grupos de átomos con momentos magnéticos diferentes que son capaces de reordenarse cuando se les aproxima un material imantado y volverse magnéticos.

Teoría de Ampere

Cuando las corrientes elementales de un material ferromagnético son ordenadas, éste adquiere propiedades magnéticas.

¿Qué es un campo magnético?

Es la región en la cual el imán ejerce sus efectos. Esta zona muchas veces no puede ser observada a simple vista. Para representar el campo magnético se utilizan líneas denominadas líneas de fuerza.

Las brújulas y los imanes representan los ejemplos más comunes de magnetismo.

ENERGÍA NUCLEAR

Es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Se puede obtener a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Tipos reacciones nucleares

Reacción de fusión

Es un proceso en el que dos núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado. En el proceso se desprende gran cantidad de energía.

Reacción de fisión

Es un proceso en el que un núcleo de gran tamaño se divide en núcleos más pequeños mientras libera neutrones y gran cantidad de energía.

En estas reacciones nucleares la energía se expresa en relación a la masa:

Donde:

E = energía, se mide en julios (J).

m = masa que desaparece (en kg).

c = velocidad de la luz (3 x 108 m/s).

Bomba atómica

La bomba atómica adquiere su nombre debido a su funcionamiento, ya que no depende de la combustión de algún material o de la reacción de algunos materiales o elementos químicos, sino que se basan en reacciones nucleares.

 

VER INFOGRAFÍA

RECURSOS PARA DOCENTES

Video “energía de un oscilador mecánico”

Recurso audiovisual que le permitirá resolver problemas sobre energía de un oscilador mecánico.

VER

Video “Física nuclear: desintegración radiactiva”

Este video explica en detalle en qué consiste el proceso de desintegración de núcleos radiactivos.

VER

Video “Energía y las reacciones químicas”

Este recurso describe cómo se manifiesta la energía en las reacciones químicas.

VER

Reacciones orgánicas

Los compuestos orgánicos se unen mediante enlaces covalentes, dichos enlaces son fuertes, con energías de activación elevadas y velocidades de reacción lentas. En las reacciones orgánicas se encuentra al menos un compuesto orgánico como reactivo y pueden ser de adición, de eliminación, de sustitución, redox orgánicas, la combustión y la saponificación.

Una reacción química es un proceso mediante el cual los reactivos (sustancias que reaccionan) se transforman en productos (sustancias resultantes de la reacción química). Toda reacción química produce o absorbe calor u otras formas energéticas.

Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas que las representan simbólicamente.

REACTIVOS → PRODUCTOS

En las reacciones orgánicas se rompen enlaces en los reactivos para formar productos e intervienen compuestos orgánicos (constituidos por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno principalmente). Las moléculas orgánicas pueden ser naturales o artificiales. Las primeras son sintetizadas por los seres vivos y comúnmente conocidas como biomoléculas. Las artificiales se sintetizan en laboratorio desde principios del siglo XIX, cuando se logró sintetizar por primera vez un producto orgánico en laboratorio a partir de compuestos inorgánicos.

Los plásticos son sustancias orgánicas artificiales.

el átomo de carbono (C)

El átomo de carbono es el elemento principal de la química orgánica debido a su configuración electrónica que le permite combinarse de diversas formas. Es de tanta importancia para la Química, que existe un área específica para su estudio: la Química del Carbono.

Además de carbono,  hidrógeno,  oxígeno y nitrógeno, los compuestos orgánicos pueden contener azufre, fósforo, boro y elementos halógenos.

TIPOS DE REACCIONES ORGÁNICAS

Una forma de clasificar las reacciones químicas es teniendo en cuenta el tipo de transformación que ocurre, pudiendo ser:

Reacciones de adición

En estas reacciones enlaces múltiples entre carbonos se transforman en enlaces simples. Se adicionan dos especies químicas al enlace múltiple de la molécula insaturada.

Ej: CH3-CH=CH-CH3 + HBr → CH3-CH2-CHBr-CH3  (reacción de adición en un alqueno)

Otras reacciones de adición pueden ser: reacciones de adición en alquinos, cicloadición, polimerización, adición sobre grupos carbonilo e hidrogenación.

Reacciones de eliminación

Comprenden aquellas en las cuales se lleva a cabo el proceso inverso a las reacciones de adición. En ellas se pierden átomos o grupos de átomos, formándose enlaces múltiples o anillos.

Ej: 

Reacciones de sustitución

En este tipo de reacciones un átomo o grupo atómico es sustituido o desplazado por otro. Pueden ser mediante sustitución por radicales libres, sustitución nucleófila o electrófila.

Ej: CH3-CH2-CHOH +HBr → CH3-CH2-Br + H2O (sustitución de un alcohol por un hidrácido)

Las reacciones de adición, eliminación y sustitución pueden tener determinados cambios que impliquen transferencia de electrones. En estos casos se originan las reacciones de óxido reducción.

SAPONIFICACIÓN

La saponificación es una reacción que se da entre un ácido graso o lípido saponificable y una base o álcali (comúnmente se utiliza hidróxido de sodio también denominado sosa caústica), y da como resultado jabón y glicerina.

El álcali es un compuesto muy peligroso porque al ser corrosivo de tejidos y metales puede producir quemaduras en la piel, por ello se debe manipular con precaución.

Reacciones redox (de óxido reducción)

En las reacciones de óxido reducción de compuestos orgánicos se produce un cambio en los enlaces covalentes entre átomos que poseen distinta electronegatividad, y dan como resultado una transferencia parcial de electrones. Ante la duda, se pueden tener en cuenta dos reglas que permiten identificar si se está en presencia de una reacción redox orgánica:

  • Se debe observar el número de átomos de hidrógenos enlazados a un carbono, si éstos aumentan la reacción es redox orgánica. También se puede saber si el átomo de carbono ha sido reducido si el número de enlaces a átomos más electronegativos disminuyen.
  • Por otra parte, se puede identificar si el átomo de carbono ha sido oxidado cuando el número de átomos de hidrógeno enlazados a dicho carbono disminuyen o cuando la cantidad de enlaces a átomos más electronegativos aumentan.

Ejemplo de reacción de óxido reducción:

El número de oxidación del C (central) cambia, por lo tanto está ocurriendo una reacción redox.

Para saber qué especie se reduce y cual se oxida se debe tener en cuenta lo siguiente:

OXIDACIÓN: Aumento en el número de oxidación.

REDUCCIÓN: Disminución en el número de oxidación.

Reacciones de combustión

La combustión es un tipo de reacción redox.

En estas reacciones los átomos de carbono de un reactivo se combinan con los del oxígeno, y dan como resultado dióxido de carbono (CO2) y agua  en estado líquido si la combustión es completa. En caso de que la combustión sea incompleta se obtiene monóxido de carbono (CO) y agua en los productos.

Ej:

CH4 + 2O2 → CO2 +2H2O  (combustión completa)

2CH4 + 3O2 → 2CO +4H2O (combustión incompleta)

En las reacciones de combustión el reactivo que arde se denomina combustible y el otro reactivo comburente. En el caso de los ejemplos anteriores el comburente es el oxígeno (por lo general se utiliza este gas).

a practicar lo aprendido

Indicar en cada una de las reacciones a qué tipo de reacción orgánica corresponde:

1. 2C4H10 + 13 O2 → 8CO2 + 10H2O

2. CH≡CH + HCl → CH2=CHCl

3. CH3-H + Cl-Cl → CH3Cl + H-Cl

RESPUESTAS

1. Combustión

2. Adición

3. Sustitución

¿Sabías qué...?
Una forma de elaborar lápices de labios es con cera, aceite y pigmentos. En ocasiones la cera utilizada es de abejas.

Si deseas aprender más sobre reacciones orgánicas ingresa a la Enciclopedia de Química, Tomo 2.

Fuegos artificiales

El descubrimiento de lo que hoy en día se conoce como fuegos artificiales o juegos pirotécnicos data del siglo XII en China, relacionándosele con la aparición de la pólvora negra. Posteriormente su uso se fue expandiendo a nivel mundial y con esto se fue perfeccionando su técnica, pero no es hasta el siglo XIII cuando llega a Europa.

Hasta el siglo XIX los fuegos artificiales eran exclusivamente de color amarillo, por lo que se dice que eran monocromos (con un sólo color), esta coloración se la proporcionaba la mezcla de sus componentes con sodio. Sin embargo, en Europa (España e Italia, principalmente) los maestros pirotécnicos trabajaban aislados y en secreto desarrollando nuevas técnicas para lograr un mayor impacto visual en el público, obteniendo así la coloración roja al adicionar estroncio en la mezcla. Cuando incorporaron diferentes sales de clorato, para formar a partir de ellas los cloruros, se obtuvo la gran gama de colores que hoy en día conocemos.

En sí, los fuegos artificiales son producidos y funcionan como resultado de la mezcla de diferentes compuestos químicos que reaccionan entre sí bajo ciertos requerimientos, entre ellos la presencia de oxígeno necesaria para la combustión.

Se llama combustión a la unión de dos componentes (combustible y comburente) que forman nuevas sustancias al reaccionar, generando de esta forma luz y calor.

La pólvora negra produce gran cantidad de humo y residuos al quemarse.

La pólvora negra, ya sea pulverizada (polvorín) o no, es el compuesto más empleado para acelerar el proceso de combustión en los fuegos artificiales, ya que el nitrato, uno de sus constituyentes, proporciona el oxígeno necesario para la combustión completa en un espacio carente de aire.

Molécula de Dióxido de Carbono (CO2).

Estas sustancias comienzan a reaccionar cuando se enciende la mecha del dispositivo del fuego artificial, en dicho momento se produce una reacción de transferencia de electrones, en la que los átomos del combustible aportan electrones a los átomos del oxidante y se mezclan con el oxígeno, de tal forma que los nuevos enlaces que se forman son más estables que los iniciales y por ello se libera energía en forma de luz y calor.

Las mechas tienen una longitud adecuada, para permitir que la persona pueda retirarse antes de la explosión.
¿Sabías qué...?
Los fuegos artificiales deben ser almacenados en lugares frescos, secos y ventilados, para evitar explosiones.

En la siguiente tabla se muestran algunos de los compuestos que aportan coloración en los fuegos artificiales:

Sustancias Colorantes que componen los fuegos artificiales

Cada color presenta una longitud de onda diferente, característica que permite que los colores sean diferenciados por el ojo humano, por ejemplo: el rojo tiene una mayor longitud de onda (620–750 nm) que el azul (450-495 nm).

nanómetro (nm)= Medida de longitud equivalente a 0,000 000 001 m, en notación científica: 10-9 m.
Los colores de los fuegos artificiales dependen de las sales o metales que contengan.

Aunque están constituidos por los mismos componentes químicos, continuamente aparecen en el mercado diferentes tipos de fuegos artificiales (baterías, tracas, petardos, etc.) que están destinados a sorprender cada vez más, por su variedad de colores y formas.

Algunos funcionan a nivel del suelo y otros a grandes alturas, pero básicamente a lo largo del tiempo se han mantenido dos tipos principales:

Las luces de bengala, por lo general son las que representan un menor riesgo, puesto que consisten en una varilla de tamaño medio cubierta por pólvora hasta cierto nivel, la cual al ser encendida genera pequeñas chispas que van aumentando-disminuyendo de intensidad a medida que se va consumiendo la pólvora.

Algunas veces a las bengalas se les adiciona aluminio o magnesio en polvo, de manera que se crean chispas brillantes y relucientes.

Luces de bengala.

Los fuegos artificiales aéreos, como su nombre lo indica, se construyen para que exploten y puedan ser observados en el cielo a una cierta altura y por un mayor número de personas. Están conformados por una envoltura que consta de cuatro partes: contenedor, esferas, carga explosiva y fusible.

A diferencia de las bengalas, los fuegos artificiales aéreos explotarán y producirán brillantes destellos de luz coloreada directamente en el cielo, esto ocurre cuando la envoltura del fusible se quema al alcanzar la altura suficiente para no causar una lesión a las personas que lo observan. Es allí cuando el fusible enciende la carga explosiva y se genera la explosión.

La explosión activa las esferas que contienen la pólvora y es entonces cuando comienza a arder con chispas relucientes y abundantes en todas las direcciones. El patrón o forma mostrada en el cielo depende de la disposición de la pólvora dentro de la esfera resguardada.

Pero la verdadera explicación técnica por la cual se pueden llegar a observar las diferentes tonalidades de colores puede ser por dos fenómenos:

Incandescencia: La expresión de la energía calórica (altas temperaturas) es emitida a una determinada frecuencia o longitud de onda, generando la manifestación de los colores.

Luminiscencia: La energía calórica producida es generada por las temperaturas ambientales.

Podemos decir entonces que con la incandescencia se suelen comenzar a observar colores de la zona infrarroja del espectro (rojo, naranja), mientras que por la luminiscencia los colores que se aprecian son todos los que comprenden el espectro visible.

De igual forma, además de las sustancias oxidantes, reductoras y colorantes, deben agregarse a esta mezcla diferentes compuestos que le proporcionen estabilidad, como agentes aglomerantes para cohesionar la mezcla, protegerla de la humedad y garantizar su duración mientras esta almacenada.

Así mismo, el calor que interviene en la explosión de los fuegos artificiales provoca la expansión del aire alrededor de este, lo que hace que el oído humano perciba las ondas emitidas como un intenso sonido. Algunas veces el sonido es tan fuerte que puede provocar que nuestro pecho y pies puedan también sentir la onda vibratoria.

La mecha de los fuegos artificiales debe ser encendida sólo por un adulto, para evitar quemaduras en niños pequeños con el fuego.

Cómo se visualiza el fuego artificial está determinado por el modo en que fue envuelta la pólvora, si se empaqueta en forma de globo, los fuegos artificiales explotarán con aspecto de esfera; si se colocan con estructura de estrella, explotarán con dicha apariencia.

Aplicación de los Fuegos Artificiales

Aunque desde sus inicios los fuegos artificiales han sido utilizados generalmente para dar impresionantes espectáculos con ocasión de fiestas, conmemoraciones, entre otros, estos han sido empleados de diversas formas conforme ha transcurrido el tiempo, actualmente los fuegos artificiales o juegos pirotécnicos son utilizados con los siguientes fines.

¿Sabías qué...?
La quema de los fuegos artificiales debe de ser realizada en terrenos planos para asegurar la estabilidad del producto y por lo tanto nuestra propia seguridad.

Para el señalamiento y localización en caso de accidentes o emergencias en ferrocarriles, transportes terrestres, aéreos y marítimos, así como para la localización de personas.

Para la agricultura y ganadería, como botes fumígenos contra plagas, tiras detonantes y cohetes antigranizo para provocar lluvia y favorecer el riego de los sembradíos.

Bengala de humo para señalamiento, con componentes especiales para funcionar en el agua.

En la industria pesquera suelen utilizarse bengalas submarinas para generar una luz bastante amplia y resistente al agua, la tinta que contiene funciona como un marcador submarino.

En la industria minera se emplean como explosivos para realizar sus actividades de excavación.

En las actividades mineras existes especialistas en explosivos para poder realizar extracciones selectivas de minerales o metales.

En la capacitación y adiestramiento militar sirven para simular explosiones y disparos.

Combustión completa e incompleta

Siempre nos resulta interesante una explosión de fuegos artificiales, disfrutamos el brillo, los colores y la iluminación del cielo delante de nuestros ojos. ¿Y esto tiene algo que ver con química? Pues sí, la química está involucrada íntimamente con numerosos procesos que están presentes en nuestra cotidianidad, el destello de luces que observamos cuando explotan los fuegos artificiales no es más que un proceso de combustión, en el que la pólvora interactúa con oxígeno y un iniciador que propicia la ignición.

Fuegos artificiales, un espectáculo de combustión.

Cuando hablamos de un proceso de combustión nos referimos a una reacción química, de carácter exotérmico, que involucra un cambio de estado de oxidación, en el cual hay una transformación de la materia para producir energía y esta puede apreciarse en forma de luz o calor. La cual necesita de tres actores principales: El comburente, es aquel agente que provoca se lleve a cabo la oxidación, el oxígeno (O2). El combustible, un material que contiene fundamentalmente carbono, en estado sólido, líquido o gaseoso, este es que es el que se quema. Y el iniciador, que pudiera ser calor o temperatura, y que representa la energía de activación para que el proceso pueda llevarse a cabo.

La energía eléctrica puede generarse gracias a un proceso de combustión.

Una reacción química es exotérmica cuando se genera un desprendimiento de energía en la transformación de reactivos a productos.

Todo es cuestión de oxígeno.

Los tres actores mencionados anteriormente (combustible comburente e iniciador), son los protagonistas de la escena principal. Es necesaria la presencia de todos o el proceso no podrá llevarse a cabo. En caso de tener solo el combustible y el comburente, sin la presencia de un iniciador, la combustión no será inducida. Todo es cuestión de oxígeno (O2), pues si existe una deficiencia de este, el carbono no se oxidará por completo, de forma que producirá compuestos con bajo estado de oxidación como el monóxido de carbono (CO), compuestos no quemados o incluso parte de combustible, a este se le denomina combustión incompleta, pues el combustible no fue quemado por completo. Mientras que cuando se producen compuestos con mayor estado de oxidación, todo el carbono presente en el combustible se transforma en dióxido de carbono (CO2) y el hidrógeno en agua (H2O), se denomina combustión completa, pues el combustible se quemó en su totalidad.

Las industrias utilizan a diario la combustión.

Ahora bien, la elección entre la combustión completa e incompleta, será de acuerdo a las necesidades, en algunos casos la energía necesaria implica la incineración total del combustible.

Sin embargo en diversos casos industriales se desea transformar la materia prima en pequeñas fracciones que sirvan como alternativas energéticas para cubrir la demanda de otros procesos. Por ejemplo la producción de otros gases inflamables, que permitan la obtención de una energía controlada con respecto a la obtenida cuando el proceso es completo.

Como hemos visto, la combustión, representa uno de los procesos químicos que más está relacionado con todo lo que nos rodea, existen muchos ejemplos de la vida diaria que involucran este fenómeno, pues evidentemente necesitamos energía para desarrollar todas nuestras actividades, que van desde labores sencillas en el hogar hasta aplicaciones a nivel industrial.

La combustión es parte del uso cotidiano.

Por ejemplo, cuando necesitamos desplazarnos de un lugar a otro por motivo de viaje, para ir al trabajo, a la escuela o a grandes distancias, generalmente la vía que escojamos utiliza combustible fósil a excepción de los trenes y autos eléctricos. La gasolina es el combustible que se usa con más frecuencia, es una mezcla de hidrocarburos, que al combinarse con oxígeno y una fuente de ignición, se quema y produce energía, la cual es almacenada y distribuida para permitir el cumplimiento de las diversas funciones.

Metano, el hidrocarburo más simple.

Los hidrocarburos son moléculas formadas principalmente por carbono e hidrógeno.

El monóxido de carbono (CO2) es tan tóxico, que es capaz de interrumpir el transporte de oxígeno en la sangre de los seres vivos, provocando un envenenamiento de la misma. Y como sin oxígeno no hay vida, te recomendamos tener mucho cuidado con este gas incoloro.

CALENTAMIENTO GLOBAL

Efecto del calentamiento global

¡Pero no todo es energía! En la transformación de la materia hay reacciones de desecho, dando lugar a productos no deseados como gases altamente tóxicos, tanto que pueden llegar a ser perjudiciales para los seres vivos, entre los cuales podemos destacar el monóxido de carbono (producto de la combustión incompleta) y el dióxido de carbono (producto de combustión completa). Estos gases son contaminantes de la atmosfera, ya que participan en el calentamiento global, el efecto invernadero, la lluvia ácida y otras alteraciones ambientales.