CAPÍTULO 13 / TEMA 6

El vulcanismo

Un volcán es un respiradero o fisura en la corteza terrestre a través del cual se expulsan materiales como lava, cenizas, rocas y gases.También se conoce con este nombre a una montaña formada por la acumulación de estos productos eruptivos.

Los volcanes han existido durante mucho tiempo en la Tierra, incluso han causado grandes desastres como la extinción masiva del Pérmico hace unos 250 millones de años.

ANATOMÍA DE UN VOLCÁN

Ver infografía

  • Cráter: boca del volcán que rodea un respiradero volcánico.
  • Magma: roca fundida debajo de la superficie de la Tierra.
¿Sabías qué?
El magma se acumula en unas cámaras que tienen un tamaño de entre 1 y 10 km debajo de la superficie.
  • Flanco: lado de un volcán.
  • Lava: roca fundida que brota de un volcán. Se solidifica a medida que se enfría.
  • Conducto: pasaje subterráneo que atraviesa el magma.
  • Cumbre: punto más alto.
  • Garganta: parte del conducto que expulsa lava y cenizas volcánicas.
  • Cenizas: fragmentos de lava o roca de un tamaño inferior a 2 mm que son lanzados al aire por explosiones volcánicas.
Otros componentes de un volcán

 

  • Bombas volcánicas: rocas fundidas que son arrojadas desde un volcán y tienen al menos 66 mm de tamaño.
  • Cúpula de lava: lava espesa y pegajosa que se acumula alrededor del respiradero y forma una cúpula.
  • Tefra: erupción violenta del magma espeso y pegajoso que ocurre por la presión que se origina en la acumulación de gases.
  • Columna de erupción: nubes calientes de cenizas y tefra que se liberan de un respiradero durante una erupción volcánica explosiva.
  • Flujo piroclástico: contiene materia volcánica de movimiento rápido y gas caliente.
  • Lahar: material volcánico caliente que se mezcla con el agua de las corrientes o la nieve y el hielo.
  • Fumarolas: agujeros, grietas o fisuras en la superficie cerca de los volcanes.

TIPOS DE VOLCANES

Cuando el magma entra en erupción en la superficie, puede formar diferentes tipos de volcanes de acuerdo con la viscosidad o adherencia del magma, la cantidad de gas y la forma en que el magma llega a la superficie.

  • Estratovolcanes

Estos volcanes son gigantes, con lados empinados y una forma simétrica de cono. Se forman a partir de lava muy espesa, viscosa o pegajosa, que no fluye fácilmente y se acumula alrededor del respiradero.

Ver infografía

  • Volcán en escudo

Los volcanes de escudo tienen la forma de un tazón o escudo en el medio con largas pendientes suaves hechas por los flujos de lava de baja viscosidad.

Mauna Loa

 

Es el volcán más grande del mundo. Se ubica en Hawái y es de tipo escudo, está a 4.170 msnm. La erupción más reciente del Mauna Loa fue en 1984.

  • Respiraderos de fisuras

Se forman cuando el magma se eleva a través de una fractura larga, donde las fuentes de lava pueden crear una cortina de fuego.

La erupción de Eyjafjallajökull en 2010 comenzó con una erupción de fisura en el lado del volcán.
  • Conos de ceniza

Son conos circulares u ovales formados a partir de lava en erupción que se rompe en pedazos pequeños a medida que se dispara en el aire.

  • Caldera

Se forma debido a una erupción explosiva muy grande, cuando colapsa la cámara de magma debajo de un volcán y se forma una depresión o un tazón en la superficie.

TIPOS DE VOLCANES SEGÚN SU ACTIVIDAD

 

  • Activo: las erupciones pueden suceder en cualquier momento y con frecuencia.
  • Inactivo: ha pasado un tiempo desde que entró en erupción, pero podría hacerlo en cualquier momento.
  • Extinto: significa que no ha entrado en erupción en mucho tiempo, por lo que probablemente nunca más lo haga.

FACTORES QUE AUMENTAN LA ACTIVIDAD VOLCÁNICA

Uno de los factores que más contribuye al aumento de la actividad volcánica es el rápido cambio climático en los últimos millones de años.

El acelerado derretimiento de los glaciares continentales y el consiguiente aumento del nivel del mar aumentan las erupciones volcánicas.

Según estudios realizados y publicados en la revista Geology, cuando los glaciares se derriten reducen la presión sobre los continentes, mientras que el aumento del nivel del mar aumenta las presiones sobre la corteza del fondo del océano. En modelos realizados por computadora, el cambio en las presiones sobre la corteza terrestre causa aumentos en el volcanismo.

¿Sabías qué?
Hay alrededor de 1.510 volcanes que han entrado en erupción en los últimos 10.000 años, y se presume que hay muchos más en el lecho marino.

LUGARES DE RIESGO

Las nubes de gases tóxicos, los flujos de lodo letales y los tsunamis son sólo algunos de los peligros que origina la cercanía a un volcán.

Indonesia es el país más amenazado por la actividad volcánica.

Según el informe publicado por la Red Global de Modelos de Volcanes, los países con mayor riesgo son:

  • Filipinas.
  • Japón.
  • México.
  • Etiopía.
  • Guatemala.
  • Ecuador.
  • Italia.
  • El Salvador.
  • Kenia.

VOLCANES ACTIVOS EN AMÉRICA LATINA

América Latina es una de las regiones volcánicas más activas, cuenta con más de 3.000 volcanes en su territorio, 14 están activos y algunos ponen en riesgo a las poblaciones que viven en sus alrededores.

Volcán Popocatépetl

Es uno de los más activos en México y uno de los más peligrosos del planeta debido a que a 100 kilómetros de su cráter viven unas 25 millones de personas.

Además del Popocatépetl, el volcán Colima de México también está activo  y el 3 de febrero de 2017 tuvo una explosión.

Volcán Turrialba

Se encuentra en Costa Rica, a 60 kilómetros de San José, la capital del país. Se activó en 1996 y en 2015.

Volcán Masaya

Es uno de los volcanes más activos de Nicaragua. Entre octubre de 2015 y agosto de 2016 tuvo actividad explosiva, resurgimiento de lava y aumentó su amplitud sísmica.

Volcán Nevado del Ruíz

 

Este volcán, ubicado en Colombia, es parte de los 21 volcanes monitoreados por el Servicio Sismológico de Colombia. Una erupción en 1985 fue considerada la segunda más mortal del siglo XX. En ella, 23 mil personas perdieron la vida. Después de esto, el volcán permanece en alerta amarilla porque representa un peligro latente y todavía se espera una erupción.

Volcán Cotopaxi

En Ecuador, el volcán Cotopaxi es considerado uno de los más peligrosos del mundo debido a sus frecuentes erupciones y al número de poblaciones potencialmente expuestas a sus amenazas.

¿Sabías qué?
El volcán Tungurahua de Ecuador activó en 2016 una alerta naranja debido a una erupción durante la cual emanaba vapor y cenizas que alcanzaron los 2 kilómetros de altura.

CONSECUENCIAS DE LA ACTIVIDAD VOLCÁNICA

  • La ceniza expulsada explosivamente se dispersa en el aire, y junto con los gases volcánicos, perjudica la capacidad de las personas para respirar.
  • Cuando la ceniza cae, cubre la tierra, incluidos los campos, casas, carreteras y plantas industriales de uso agrícola.
  • Las oleadas piroclásticas pueden eliminar casas y árboles. Si un flujo piroclástico, una marejada o un lahar llega a un lago o al mar, pueden desencadenar un tsunami.
  • La erupción explosiva de Eyjafjallajökull en Islandia en 2010 demostró que las cenizas volcánicas a niveles más altos en la atmósfera representan una amenaza significativa para el tráfico aéreo.

Las grandes erupciones no están exentas de consecuencias a largo plazo:

  • La emisión de gases volcánicos modifica la composición de la atmósfera.
  • Si los gases alcanzan altitudes más altas, los efectos son particularmente fuertes y duraderos.
  • Si las partículas de gas en la troposfera, que es la capa más baja de la atmósfera, son arrastradas por la lluvia con relativa rapidez, pueden permanecer hasta tres años en la estratosfera suprayacente.
Consecuencia de la emisión de gases

 

La entrada de CO2 y halógenos como el cloro y el bromo en la estratosfera causa un efecto invernadero natural. Estos gases destruyen el ozono a grandes altitudes, lo que amplifica el agotamiento de la capa de ozono. Como consecuencia de la destrucción del ozono estratosférico puede penetrar más radiación en la atmósfera y la Tierra se calienta.

ERUPCIÓN DEL VESUBIO

  • El Vesubio está ubicado en la costa oeste de Italia y es el único volcán activo en Europa continental.
  • Es mundialmente conocido por la erupción en el año 79 que destruyó las ciudades de Pompeya y Herculano. Desde ese entonces ha entrado en erupción más de 50 veces.
  • En ese acontecimiento murieron 2.000 de los 10.000 habitantes.
  • En el 2013 el Vesubio tenía 1.281 metros de altura. Después de cada erupción, el tamaño del cono cambia.
  • El volcán se clasifica como un estratovolcán porque sus erupciones generalmente implican erupciones explosivas, así como flujos piroclásticos.
  • El  Vesubio se considera uno de los volcanes más peligrosos del mundo debido a su proximidad a la ciudad de Nápoles y las ciudades circundantes en las laderas cercanas.
RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Cambios terrestres”

Este recurso cuenta con la explicación de los fenómenos y fuerzas tanto internas como externas que actúan sobre la faz de la Tierra, ya sea en la estructura o en la composición de algunas de sus partes.

VER

Video“Catástrofes naturales”

Recurso para dar a conocer las diferentes catástrofes que ocurren en nuestro planeta y sus posibles consecuencias.

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CAPÍTULO 9 / REVISIÓN

Impacto ambiental y catástrofes naturales | ¿qué aprendimos?

IMPACTO SOBRE LA BIÓSFERA

La biósfera es el subsistema que sustenta la vida de la superficie de la Tierra, se extiende desde la atmósfera hasta las zonas más profundas del océano. La biósfera es un ecosistema global compuesto por organismos vivos (biota) y factores abióticos (no vivos). De todos los seres vivos que habitan en el planeta, el hombre, con su modo de vida, provoca que su impacto en la Tierra sea mayor que el causado por cualquier otra especie. Dentro de las actividades humanas que afectan la biósfera se encuentran: el uso de energías a base de carbón, las cuales aumentan los gases de efecto invernadero; la deforestación, la cual contribuye con eliminar a los pulmones naturales del planeta; y la quema de basura, que genera gases tóxicos para el ambiente.

El término “biósfera” fue utilizado por primera vez en 1875 por Eduard Suess.

IMPACTOS EN LA TRAMA TRÓFICA

Se conoce como red trófica a la interconexión natural entre las cadenas tróficas de un ecosistema determinado. Cada uno de los compartimentos por los que fluye la energía recibe el nombre de nivel trófico, y a su vez están conformados por las especies o los eslabones. Para que las relaciones entre los organismos que conforman cada una de las redes funcionen de manera adecuada debe existir un equilibrio. Entre las actividades que dañan las redes tróficas se encuentran: la deforestación, los incendios provocados, la minería, los vertidos industriales y la pesca indiscriminada. A largo plazo, todas ellas provocan la desaparición o disminución de varios eslabones, lo cual a su vez trae como consecuencia la desaparición de otras especies y por lo tanto un desequilibrio en los ecosistemas.

El concepto de red alimenticia tiene su origen en los escritos de Charles Darwin.

DESASTRES NATURALES E INDUCIDOS

Se define como desastre natural a la pérdida de vidas humanas o bienes materiales a causa de fenómenos naturales. En esta categoría se incluyen los terremotos, los cuales ocurren cuando la tierra libera energía acumulada y hace que el suelo tiemble, los huracanes, los tifones y los ciclones, mismo tipo de fenómeno meteorológico en el que una gran tormenta gira en círculos y supera los 118 km/h, los tsunamis, que se producen a causa de una erupción o un deslizamiento, las mangas de agua, fenómeno natural que ocurre en aguas tropicales, y las sequías e inundaciones. Por otro lado, los desastres inducidos son aquellos provocados por la acción del ser humano, como los incendios, la deforestación y la contaminación.

Los desastres naturales pueden causar serios daños, entre ellos, pérdidas de vidas.

MOVIMIENTOS DE MASAS TERRESTRES

Las placas tectónicas se encuentran en constante movimiento. Sus bordes son activos, por lo que es frecuente que se produzcan fenómenos como los sismos, terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas. Estas últimas, además de provocar la pérdida de muchas vidas humanas, tienen impactos graves en el medio ambiente, por ejemplo: la lluvia de cenizas, que modifica las características del agua, el humo, que posee gases nocivos tanto para el ser humano como para los seres vivos, y la lluvia ácida, la cual destruye la capa vegetal. Ante estas catástrofes existen medidas que suponen una prevención y garantizaran la posibilidad de sobrevivir, entre ellas se encuentran: identificar lugares seguros dentro o fuera del hogar, utilizar ropa que proteja la piel, alejarse de postes o cualquier objeto que tenga electricidad y, la más importante de todas, mantener la calma.

Las consecuencias de los desastres naturales generalmente son catastróficas, pero en los países subdesarrollados recuperarse económicamente es más difícil que en los desarrollados.

TEMPERATURA AMBIENTAL

El efecto invernadero es un proceso natural que calienta la superficie de la Tierra gracias a la presencia de ciertos gases que se encuentran en la atmósfera, como el dióxido de carbono, el vapor de agua, el metano, el ozono y los clorofluorocarbonos. Sin embargo, la actividad humana ha intensificado este fenómeno y algunas de las consecuencias de ello son: aumento de la radiación solar, acidificación de los océanos y derretimiento de los polos. Por otro lado, el calentamiento global es el aumento de la temperatura media de la atmósfera terrestre y del agua del mar. Algunas de las consecuencias de este fenómeno son: el deshielo de los casquetes polares, la disminución de la superficie cubierta por nieve o por hielo y la muerte de muchas especies, entre otras.

Si los gases de efecto invernadero siguen aumentando, la temperatura de la Tierra también lo hará.

EVIDENCIAS DE DEGRADACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

La capa de ozono es una capa profunda de la estratósfera que rodea la Tierra y protege todo nuestro planeta de gran parte de la radiación ultravioleta. A lo largo de los años, la capa de ozono se ha visto afectada por las actividades humanas. El agujero de la capa de ozono es una de las consecuencias de ello, es una zona donde la cantidad de ozono está reducida de manera anormal. Para evitar la continua degradación de la capa, se recomienda corroborar que los productos que se compran estén libres de compuestos dañinos, no utilizar productos que contengan sustancias que alteren la capa de ozono, como cloro y bromo y, sustituir los extintores que usen gashalón por aquellos elaborados a base de agua, gas carbónico, nitrógeno o argón.

El ozono es un gas de color azul conformado por tres átomos de oxígeno en cada una de sus moléculas.

Los gases

La materia se encuentra en estado sólido, líquido, gaseoso y también como plasma. En este artículo aprenderás todo sobre el estado gaseoso que, generalmente, no se observa a simple vista.

Los globos aerostáticos utilizan un gas liviano como el hidrógeno o el helio para volar.

Según la teoría atómica de la materia, el físico inglés J. Dalton considera que ésta se constituye por moléculas a las que se conoce como átomos.

Para distinguir a los gases, es esencial que se tengan en cuenta las diferencias entre los distintos estados de agregación:

ESTADOS CARACTERÍSTICAS DISTRIBUCIÓN DE LAS PARTÍCULAS
EJEMPLOS
Sólido -Posee su propia forma.
-Tiene volumen propio.
-Mantiene su estructura compacta.
  Roca
Hierro
Hielo
Líquido -Carece de forma.
-Posee su propio volumen.
-Ocupa el recipiente que lo contiene.
Agua
Leche
Jugo
Gaseoso -Carece de forma.
-No posee volumen propio.
-Ocupa todo el recipiente donde se encuentra.
Helio
Hidrógeno
Oxígeno
Partículas gaseosas industriales dispersas en la atmósfera.

Propiedades de los gases

Un gas ideal posee ciertas propiedades que describen su comportamiento, entre ellas podemos mencionar:

  • Un gas está constituido por partículas que se mueven constantemente al azar en línea recta.
  • No poseen volumen ni forma propia.
  • Estas partículas chocan contra los recipientes.
  • Las partículas del gas son muy pequeñas.
  • No existe fuerza de atracción entre las partículas.
  • Su movimiento es aleatorio y puede aumentar la velocidad al aumentar la temperatura, es decir, a mayor temperatura mayor rapidez, y viceversa.
  • Cuando dos partículas chocan hay fuerza de interacción entre ellas.
  • Cumplen con la ley de los choques elásticos, ya que se conserva la energía cinética de las partículas.
  • A mayor cantidad de veces que las moléculas chocan en el recipiente, mayor presión, del mismo modo a la inversa. Esto varía acorde a la fuerza cinética de las moléculas y su temperatura.
Esquema del movimiento de las partículas en el estado gaseoso.

Los gases cuentan con una unidad física llamada presión (P), que se define como fuerza por unidad de superficie, es decir, la presión es la cantidad de veces que las moléculas chocan contra el recipiente. Esta presión es medida en:

  • Atmósferas: Cuyo símbolo será atm.
  • Milímetros de mercurio: Cuyo símbolo será mm Hg.
  • Pascales: Su símbolo es Pa.

1 atmósfera equivale a 760 milímetros de mercurio y a 101300 pascales.

¿Sabías qué...?
El dióxido de carbono causa el calentamiento global acumulándose en la atmósfera y provocando el efecto invernadero.
0°C=273,15 K

La temperatura en los gases no se mide en grados Celsius (°C) sino en Kelvin (K). Siendo 0 K la temperatura absoluta, ya que no hay temperaturas menores a esta. Para pasar de °C a K sólo hay que sumarle 273,15 a la temperatura en grados centígrados que se desea convertir a Kelvin, por ejemplo, si la temperatura es de 14°C, se suma con los 273,15 quedando así:

K = °C + 273,15
K = 14 + 273,15 = 287,15 K

Los Gases ideales tienen una ecuación general:

P.V=n.R.T

Donde:
P = Presión de las moléculas. (Se mide en atm, atmósferas.)
V = Volumen del recipiente. (Se mide en L, litros.)
n = Número de moles. R = Constante de los gases. (0,082 L.atm/K.mol )
T = Temperatura. (Se mide en K, Kelvin)

Leyes de los Gases Ideales

Ley de Boyle y Mariotte

Robert Boyle, físico y químico irlandés considerado el padre de la química moderna por su aporte a las leyes de los gases.

Cuando la variable constante es la temperatura, ocurre una transformación isotérmica. Analizaremos una situación inicial con respecto a una situación final:

Situación inicial → Situación final

Partiendo de la fórmula:

Pi. ViTi=Pf. VfTf

que surge de la ecuación general de los gases ideales.

Simplificamos las temperaturas porque su valor es el mismo y nos queda:

Pi. Vi = Pf. Vf

El producto de la presión inicial por el volumen inicial debe ser igual a la presión final por el volumen final, ya que lo que se mantiene constante es la temperatura.

Por ejemplo, si tenemos un recipiente de 8 cm3 y otro de 4cm3, con la misma cantidad y clase de moléculas, la presión del recipiente más pequeño es mayor porque a menor tamaño del receptáculo más veces chocan las moléculas con las paredes. Si aumenta la presión, disminuye el volumen, o al revés.

“A temperatura constante, para una determinada cantidad de gas, el producto presión por volumen permanece constante”.

LEYES DE CHARLES Y GAY LUSSAC

Joseph Louis Gay-Lussac

Cuando la presión es constante, es decir, el sistema es isobárico, se realiza el siguiente procedimiento:

Pi. ViTi=Pf. VfTf

Al ser la presión constante, nos queda:

ViTi=VfTf

Entonces, si aumentamos la temperatura en la situación final (Tf), el volumen (Vf) debe aumentar en forma proporcional, debido a que en este caso tomamos a la presión como constante.

“A presión constante, para una determinada cantidad de gas, el cociente entre temperatura y volumen permanece constante”.

Otra ley, deducida del mismo modo que la anterior pero utilizada cuando las variables son presión y temperatura, tiene en cuenta el siguiente desarrollo:

El volumen es constante (proceso isocórico), es decir, el volumen inicial (Vi) es igual al volumen final (Vf). Si aumentamos la temperatura final (Tf) aumenta la energía con la que las moléculas se mueven dentro del recipiente, pero en este caso como el volumen es igual, la presión es mayor.

“La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (a volumen y cantidad de materia constantes)”.

Ley de Avogadro

Esta ley fue propuesta por el italiano Amadeo Avogadro y establece que si dos gases diferentes son constantes en su temperatura y presión, entonces el volumen del gas es directamente proporcional a la cantidad de moles de moléculas.

“A presión y temperatura constantes, volúmenes iguales de un mismo gas o gases diferentes contienen el mismo número de moléculas.”

Con esta ley se terminan de describir las 4 leyes que estudian el comportamiento del sistema de gases ideales estudiadas y planteadas por grandes químicos y físicos, cuyos nombres hacen referencias a las leyes que propusieron.

¿Sabías qué...?
El oxígeno es considerado el gas más importante ya que, sin él se extinguiría la vida en los organismos heterótrofos, siendo imposible la respiración.

Aplicaciones y usos de los Gases

Los gases tienen muchas aplicaciones que son muy beneficiosas en la vida humana. En la siguiente tabla mencionaremos algunos gases comunes, su uso y aplicación en las diferentes áreas.

Gas Fórmula Aplicación industrial Aplicación médica Otros usos Ejemplo
Oxígeno O2 En procesos de combustión da eficiencia térmica, oxigenación de estanques para la reproducción de peces, en soldadura para cortes. En cirugías cardíacas, para incrementar el oxígeno en el cuerpo, en casos de asfixia, intoxicaciones por monóxido de carbono, tratamiento de infecciones. En investigaciones científicas del oxígeno, tratamiento de aguas residuales.
Dióxido de
carbono
CO2 Como conservantes de bebidas gaseosas, como extintor de fuegos en incendios. En mezclas con aire y oxígeno como estimulante de la respiración, criocirugía, cirugía laparoscópica. En el cultivo de microorganismos como medio anaeróbico.
Helio He Usado en la soldadura de arco como gas protector. Bomba de globo en la aorta, mezclas para respirar. En globos para decoración y globos aerostáticos.
Nitrógeno
gaseoso
N2 Antioxidantes en empaques de alimentos, en pinturas y barnices, en la desoxidación de metales, creación de
refrigeradores.
En mezclas para respirar y refrigerante en láser del CO2. En cromatografía de gases como gas inerte.
Etileno C2H4 En combinación con otros hidrocarburos sintetizan cauchos. Se utiliza como anestésico. Se emplea para la maduración
de frutas.
Hidrógeno H2 Obtención de gasolina a través del petróleo, cambios de aceites en grasas, soldadura de aluminio. Como sulfuro de hidrógeno en cirugías cardíacas, como peróxido de hidrógeno para limpiar heridas. En cromatografía de gases en investigaciones analíticas.
Óxido Nitroso N2O Como anestesia en cirugías, tratamientos de tumores. Agente propelente en algunas cremas para el consumo. En carreras de autos como aditivo para combustibles.
Xenón Xe Limita la degradación de los bombillos incandescentes. Utilizado para crear lámparas estroboscópicas usadas por los otorrinolaringólogos. Propulsa satélites, ajustando
su trayectoria.
Criptón Kr Limita la degradación de los bombillos incandescentes. En máquinas para resonancia magnética. Se usa como láser para fabricar pantallas planas.

 

Erupción volcánica

Los desastres naturales suelen ser impredecibles y por esta razón los seres humanos estamos en constante exposición a la fuerza de la naturaleza. Uno de los fenómenos naturales más peligrosos es la erupción de un volcán debido a su fuerte impacto sobre las poblaciones aledañas y los riesgos asociados.

¿Qué son las erupciones volcánicas?

Son emanaciones o explosiones de lava, gases, cenizas y otros materiales que se desplazan desde el interior de la Tierra hacia la superficie a través de un volcán.

Elementos de un volcán

Cráter: es la abertura por donde el magma se expulsa.

Nube de ceniza: contiene cenizas volcánicas, rocas y algunos gases como dióxido de azufre, cloro, vapor de agua y otros compuestos.

Chimenea: conducto a través del cual se desplaza el material que es expulsado durante una erupción volcánica.

Cono volcánico: es la estructura típica de un volcán. Esta elevación se produce por la solidificación de la lava expulsada.

Cámara magmática: es la zona en la que el magma se acumula y desde la cual sale al exterior en conjunto con otros materiales volcánicos.

Colada de lava: es una capa o manto que se forma por la lava en estado líquido durante la erupción volcánica.

Corteza terrestre: es la zona más externa de la geósfera, es decir, de la parte sólida de la Tierra.

Vulcanología

Es la ciencia que estudia los volcanes con el propósito de analizar su formación y pronosticar futuras erupciones. Esta disciplina considera como ramas auxiliares a la geofísica y la geoquímica. Los profesionales que la desempeñan se denominan vulcanólogos.

En algunas ocasiones los vulcanólogos pueden obtener un pronóstico a corto plazo (en un lapso de horas o meses) de las erupciones volcánicas.

Estudio de vulnerabilidad

En regiones sometidas a riesgos de erupciones volcánicas, los expertos realizan una serie de estudios para analizar la amenaza volcánica de un lugar y delimitar la zona de vulnerabilidad. Esto es usado posteriormente en caso de emergencia para evacuar a las personas en riesgo.

En estos estudios también se intenta pronosticar el daño o nivel de destrucción al cual se estará expuesto. Para dicho estudio se emplean:

  • Sistema de monitoreo volcánico.
  • Mapas de amenaza volcánica.
  • Estudios geológicos.
Los expertos suelen emplear mapas de amenaza volcánica para definir las zonas con mayor y menor probabilidad de riesgo.

Riesgos y repercusiones en la salud

Son muchos los efectos asociados a la erupción de un volcán:

Riesgo Efectos directos e indirectos en la salud
Lava Intoxicación por consumo de agua contaminada, quemaduras por exposición, enfermedades respiratorias, muerte.
Explosiones (lanzamiento de fragmentos como piedras o bloques) Quemaduras, politraumatismos, inhalación de gases tóxicos, muerte.
Ceniza volcánica Enfermedades en los ojos como conjuntivitis y laceraciones corneales, problemas gástricos y respiratorios, dermatitis.
Flujos piroclásticos Quemaduras graves de la piel, problemas del sistema respiratorios, muerte.
Gases volcánicos Intoxicación por su inhalación, muerte
Avalanchas Politraumatismos severos, pueden causar la muerte al enterrar poblaciones enteras.
Sismos Lesiones y probabilidad de muerte por colapso de estructuras.
Tsunamis Lesiones y probabilidad de muerte por colapso de estructuras cercanas a grandes masas de agua.
Los flujos piroclásticos son una mezcla de gases volcánicos, materiales sólidos y aire que alcanzan altas temperaturas luego de una erupción volcánica.
El agua, un punto crítico

El compuesto esencial para la vida es el agua, es por ello que en la mayoría de los desastres naturales el suministro de este vital líquido es de suma importancia y durante y después de una erupción volcánica podría verse afectado.

Tanto las redes de agua como las fuentes naturales podrían contaminarse fácilmente luego de una erupción volcánica y causar enfermedades.

De igual forma, la cantidad de agua posiblemente se verá mermada por diversos factores relacionados con la infraestructura principalmente. Uno de los puntos que deben considerar prioritarios las autoridades es el suministro de agua a los poblados afectados.

Botiquín de primeros auxilios

Se denomina botiquín de primeros auxilios al elemento que contiene medicamentos y otros materiales necesarios para aplicar primeros auxilios. Puede ser una maleta, armario, bolsa o caja, y debe estar en un lugar visible.

En el caso de los desastres naturales como lo puede ser una erupción volcánica, se recomienda tenerlo preparado ante cualquier eventualidad y en lo posible que sea transportable.

Algunos de sus elementos básicos son:

  • Alcohol líquido o en gel.
  • Jabón neutro.
  • Termómetro.
  • Guantes descartables.
  • Antisépticos como yodo o agua oxigenada.
  • Gasas y vendas.
  • Adhesivo para fijar gasas.

Otros elementos a tener presente en caso de desastre

  • Pañuelos grandes para vendaje de miembros.
  • Radio para mantenerse comunicado.
  • Alimentos no perecederos (enlatados y en conserva).
  • Suficiente agua potable.
Un botiquín de primeros auxilios contiene los elementos esenciales para ofrecer los primeros auxilios y proporcionar ayuda en caso de incidentes y lesiones.

Efecto invernadero

El efecto invernadero es uno de los principales factores que determinan la temperatura del planeta. Es el fenómeno por el cual ciertos gases, llamados gases de efecto invernadero, atrapan el calor que de otro modo escaparía al espacio.

¿Qué es el efecto invernadero?

Un invernadero es una casa hecha de vidrio, la cual permanece cálida por dentro, incluso durante el invierno. La luz del sol brilla y calienta las plantas y el aire en el interior, el calor está atrapado por el vidrio y no puede escapar, algo similar ocurre en nuestro planeta.

Un invernadero es el ejemplo perfecto para definir este fenómeno, ya que, así como el vidrio mantiene el calor en el invernadero, los gases mantienen el calor en la Tierra.

Los gases que se encuentran en la atmósfera, como por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2), hacen lo mismo que hace el techo de un invernadero. Durante el día, los rayos del Sol entran a través de la atmósfera, la superficie de la Tierra se calienta y por la noche, se enfría y libera el calor en el aire, sin embargo, este calor reflejado no es devuelto al espacio porque queda atrapado por los gases de efecto invernadero en la atmósfera, lo que mantiene cálida la Tierra.

De manera que, definimos al efecto invernadero como un proceso natural que calienta la superficie de la Tierra.

¿El efecto invernadero es natural o producido por el hombre?

El efecto invernadero no es un fenómeno creado por el hombre, la atmósfera terrestre siempre ha tenido gases de efecto invernadero y siempre han calentado la Tierra. Si no hubiera efecto invernadero, el planeta estaría tan frío que sería inhabitable.

El efecto invernadero no es creado por el hombre, sin embargo, la actividad humana es la razón por la cual se incrementa.

Sin embargo, aunque sea un fenómeno natural, la actividad humana provoca un cambio en la fuerza del efecto invernadero al aumentar la proporción de gases de efecto invernadero en el aire. Por ejemplo, la concentración de CO2 en el aire ha aumentado de 315 ppm a 387 ppm desde el año 1959.

¿Sabías qué...?
Los clororofluorocarbonos fueron prohibidos en 1996 debido a que destruyen la capa de ozono. Tienen una capacidad de supervivencia en la atmósfera de 50 a 100 años y con el tiempo pueden pasar a la estratosfera donde liberan el cloro y destruyen el ozono.

Si el efecto invernadero es demasiado fuerte, lo que ocurrirá es que la Tierra se volverá más y más caliente. Esto es lo que sucede actualmente, hay demasiados gases de efecto invernadero que producen que este efecto sea más fuerte.

¿Cómo ocurre este efecto en la Tierra?

  1. Los rayos ultravioletas provenientes del Sol llegan a la atmósfera.
  2. Parte del calor es absorbido por la tierra y los océanos, lo que calienta la Tierra.
  3. La Tierra libera calor hacia el espacio.
  4. Parte del calor es atrapado por los gases de efecto invernadero y calienta la Tierra, otra parte es liberada a la atmósfera. Sin embargo, si aumentan los gases de efecto invernadero, el exceso de calor no es liberado.

Causas del efecto y gases que lo producen

Es causado por la interacción entre la energía del Sol y los gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra. La capacidad que tienen estos gases para atrapar el calor es lo que causa este fenómeno.

Los gases de efecto invernadero están compuestos por 3 o más átomos, esta estructura molecular es lo que hace posible que logren atrapar el calor que es reflejado por la Tierra hacia la atmósfera.

Los gases que intervienen en este fenómeno son:

  • Vapor de agua
  • Dióxido de carbono (CO2)
  • Metano (CH4)
  • Óxidos de nitrógeno (NOx)
  • Ozono (O3)
  • Clorofluorocarbonos (CFC)
Sin la presencia de los gases de efecto invernadero, este fenómeno colapsaría.

¿Qué está agravando el efecto invernadero?

  • Aumento de las fábricas que liberan gases contaminantes a la atmósfera.
  • Uso de combustibles fósiles.
  • Uso de transportes que requieren gasolina, por ejemplo, buses, automóviles o aviones, entre otros.
  • La tala de árboles, ya que ellos son los encargado de tomar el CO2 de la atmósfera.
  • El aumento de la ganadería produce un aumento excesivo del metano, gas que se genera durante la digestión de los alimentos por parte del ganado y que luego es expulsado por ellos.

Consecuencias del efecto invernadero

Deshielo de los polos

En los polos, el deshielo ocurre a ritmos diferentes y es mucho mayor en el Ártico, esto se debe a que el Ártico está formado por hielo marítimo y aumento de la temperatura de los océanos puede que lo afecte más, además de que en el norte, están los países que más contaminan.

Con el aumento en los niveles de emisión de gases de efecto invernadero, este fenómeno se ha incrementado hasta el punto en que se mantiene demasiado calor en la atmósfera de la Tierra, lo que trae graves consecuencias para el ambiente, entre las que se pueden destacar:

  • Desertificación.
  • Derretimiento de los polos, lo que a su vez provoca un aumento en el nivel del mar.
  • Tormentas más fuertes y eventos extremos.
  • Incremento en los incendios forestales.
  • Aumento de la radiación solar, lo que provoca enfermedades como el cáncer de piel.
  • Acidificación de los océanos, debido a que estos son sumideros de CO2. El CO2 reacciona con el agua y forma ácido carbónico, si aumenta el CO2, se incrementa esta interacción y se acidifica el océano.
  • La acidificación de los océanos junto con el aumento de temperatura puede provocar extinciones de muchas especies.
El efecto invernadero junto con el calentamiento global, destruyen el hábitat de muchos animales.
  • Descontrol en el crecimiento de las plantas.
  • Destrucción de la capa de ozono debido al aumento del óxido nitroso, el principal gas de efecto invernadero que daña esta capa.

 

Estructuras de Lewis

Estudiar cómo se combinan los elementos químicos en la naturaleza es primordial para la química aplicada, es por ello que a lo largo de los años se han planteados diversas teorías y formas de representación que facilitan el entendimiento de los compuestos químicos.

Los átomos se combinan entre sí para formar diversos compuestos o sustancias químicas, esto implica la formación de enlaces químicos entre los átomos involucrados en las reacciones químicas. En función de la naturaleza química se conocen tres tipos de enlace:

  • Enlace iónico: se forma como resultado de las fuerzas electrostáticas existentes entre iones de carga opuesta. Este tipo de enlace implica la transferencia de electrones de un átomo a otro.
  • Enlace covalente: es aquel donde dos átomos comparten electrones, en función del número de electrones compartidos se distinguen tres tipos de enlaces covalente: simple (2 e), doble (4 e) y triple (6 e).
  • Enlace metálico: en este tipo de enlaces los electrones se mueven dentro de la red tridimensional del metal, lo que le confiere al mismo su propiedad característica, la conductividad eléctrica.

Los electrones que participan en un enlace químico se denominan electrones de valencia y son aquellos que se encuentran en la capa más externa de los átomos.

 

Átomo de nitrógeno.

Estructuras de Lewis

Lewis fue un químico estadounidense que propuso simbolizar los electrones de valencia mediante el uso de puntos que se ubican arriba, abajo y a los lados del símbolo químico de cada elemento, esta forma de representación se conoce como símbolos de Lewis.


Los símbolos punto-electrón para construir las denominadas estructuras de Lewis de diversas moléculas o compuestos son una herramienta útil al momento de estudiar los enlaces químicos, formación y tipos.

Regla del octeto

Cuando se forma un enlace químico los átomos pierden, ganan o comparten electrones con la finalidad de emular la configuración electrónica del gas noble más cercano a ellos, los cuales deben su estabilidad al número de electrones que contienen en su capa de valencia.

Símbolos de Lewis de los gases nobles.

 

Con excepción del helio, todos los gases nobles poseen ocho electrones en la capa de valencia, hecho en el que se fundamenta la denominada regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta estar rodeados por ocho electrones de valencia.

A continuación se muestran algunos ejemplos de estructuras de Lewis:

  • Metano
    • Fórmula química: CH4
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


  • Dióxido de carbono
    • Fórmula química: CO2
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


  • Agua
    • Fórmula química: H2O
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


Estructura de Lewis en compuestos iónicos

Uno de los compuestos iónicos más utilizados es la sal de mesa, compuesta por cloruro de sodio dibujar su estructura de Lewis sigue el siguiente procedimiento:

  1. Escribir la formula química: NaCl
  2. Conocer el tipo de enlace: iónico.
  3. Realizar la configuración electrónica, considerando el efecto de las cargas en el anión y catión.

 

  1. Realizar la estructura de Lewis.


Excepciones de la regla del octeto

La regla del octeto no se cumple para todos los compuestos químicos, las excepciones se pueden resumir en tres casos:

  • Moléculas que tienen un número impar de electrones

La presencia de un número de electrones impar hace imposible que los mismos se apareen totalmente y por tanto al menos uno de los átomos involucrados no alcanza el octeto. Por ejemplo el monóxido de nitrógeno (NO).

Estructura de Lewis del monóxido de nitrógeno.

 

  • Moléculas con menos de ocho electrones

Son aquellas moléculas donde un átomo o ion de la misma no puede alcanzar el octeto, un caso emblemático es el trifloruro de boro (BF3).

Estructura de Lewis del trifloruro de boro.

 

  • Moléculas con más de ocho electrones

Son compuestos químicos donde al menos uno de los átomos o iones sobrepasa los ocho electrones en la capa de valencia. Algunos ejemplos representativos son el pentacloruro de fosforo (PCl5).

Estructura de Lewis del pentacloruro de fosforo.

¿Qué debes saber para dibujar estructuras de Lewis?

Para dibujar una estructura de Lewis es necesario dominar los conceptos básicos de la química y sus elementos. Algunas de las consideraciones a tener en cuenta son:

  1. Determinar los electrones de valencia de los elementos involucrados, para ello se puede usar una tabla periódica. También es importante recordar que en el caso de los iones se deben sumar o restar electrones en la capa de valencia; para los aniones cada carga negativa significa que se debe sumar un electrón, en tanto, para los cationes una carga positiva implica que se debe restar un electrón.
  2. Escribir los símbolos químicos e indicar que tipo de enlace los une. Por lo general, las fórmulas químicas indican el orden de unión de los átomos mientras que la naturaleza del enlace está determinada por la diferencia de electronegatividad que existe entre los mismos.
  3. Completar primero los octetos de los elementos unidos al átomo central.
  4. Colocar los electrones faltantes en el átomo central aun si no cumplen con la regla del octeto.
  5. Cuando el átomo central no cumple con el octeto es recomendable probar con enlaces múltiples.
  6. Conocer las excepciones de la regla del octeto.

Teoría Cinético Molecular

Todas las partículas tienen energía que varía de acuerdo a la temperatura de la muestra, lo que determina si la sustancia es un sólido, un líquido o un gas. Las partículas sólidas tienen la menor cantidad de energía, mientras que las partículas de gas poseen la mayor cantidad.

¿En qué consiste esta teoría?

La teoría cinética de la materia afirma que ésta se compone de un gran número de pequeñas partículas o moléculas individuales que están en constante movimiento. Ayuda a explicar el flujo o transferencia de calor y la relación entre la presión, la temperatura y las propiedades del volumen.

¿Sabías qué...?
La teoría cinética de la materia también es ilustrada por el proceso de difusión, donde se da el movimiento de partículas desde una alta concentración a una baja concentración.

Es un modelo utilizado para explicar el comportamiento de la materia y se basa en una serie de postulados:

  • La materia está hecha de partículas en constantemente movimiento.
  • La energía en movimiento se llama energía cinética y la cantidad en una sustancia está relacionada con su temperatura.
La materia puede existir en las fases sólida, líquida y gaseosa.
  • Hay espacio entre las partículas. El tamaño de este espacio está relacionado con el estado de la sustancia.
  • Los cambios de fase ocurren cuando la temperatura de la sustancia cambia lo suficiente.
  • Hay fuerzas de atracción entre las partículas llamadas fuerzas intermoleculares que aumentan a medida que dichas partículas se acercan.

 

Si hay un aumento de temperatura, los átomos y moléculas ganarán más energía y se moverán aún más rápido.

Propiedades de los líquidos

Una de las propiedades más notables de los líquidos es que son fluidos, es decir, pueden fluir. Los líquidos tienen un volumen definido, pero no una forma definida. El movimiento de las partículas está restringido en gran medida por el volumen del líquido.

Hay menos espacio entre las partículas que en los gases, pero hay más que en los sólidos. Las partículas líquidas también tienen relativamente más energía que las partículas sólidas, es lo que permite que los líquidos fluyan.

Las fuerzas intermoleculares en un líquido dependen de la composición química del propio líquido.

La fuerza intermolecular se ve afectada por la cantidad de energía cinética en la sustancia; cuanta más energía cinética exista, más débil es la fuerza entre las moléculas. Los líquidos tienen más de esta energía que los sólidos, por lo que las fuerzas entre sus partículas tienden a ser más débiles.

Propiedades de los sólidos

Las sustancias sólidas tienen formas y volúmenes definidos. Las partículas sólidas tienen relativamente poca energía cinética y vibran en su lugar. Debido a esto, no pueden fluir como los líquidos. En los sólidos, el movimiento de partículas está completamente restringido dentro de un área pequeña, lo que ayuda al sólido a mantener su forma.

La energía cinética está determinada básicamente por la velocidad de cada partícula participante.

La mayoría de los sólidos están dispuestos en una estructura apretada, de manera ordenada y repetitiva de partículas llamada red cristalina. La forma del cristal muestra la disposición de éstas en el sólido.

Algunos sólidos no tienen forma cristalina y son llamados sólidos amorfos porque no tienen estructuras internas ordenadas. Ejemplos de sólidos amorfos son el caucho, el plástico, la cera y el vidrio.

Los sólidos se pueden moldear en cualquier forma.

Propiedades de los gases

La teoría cinética explica la temperatura, la presión y el volumen de un gas en términos del movimiento de moléculas.

Según esta teoría, los gases están formados por partículas diminutas que se encuentran en movimiento aleatorio y además experimentan colisiones entre sí y con las paredes del contenedor, pero de lo contrario no interactúan.

En un medio gaseoso el espacio entre las partículas es muy grande, esto da como resultado la ausencia de fuerzas atractivas o repulsivas entre las moléculas.

En la teoría cinética se hacen las siguientes suposiciones acerca de los gases ideales:

  • El gas contiene un gran número de moléculas idénticas.
  • Las colisiones entre moléculas son perfectamente elásticas, al igual que las moléculas y las paredes del contenedor.
  • El tiempo de colisión es insignificante en comparación con el tiempo transcurrido entre las colisiones.
  • Las moléculas no se atraen entre sí si no hay fuerzas intermoleculares.
  • Las moléculas están en constante movimiento al azar.
  • El volumen de las moléculas es despreciable en comparación con el volumen del gas o el recipiente.
  • Las leyes del movimiento de Newton pueden aplicarse a las moléculas
  • La energía cinética media de una colección de partículas de gas depende de la temperatura del gas y nada más.
Plasma

Los plasmas son gases ionizados que en su forma natural son poco comunes en la Tierra. Se pueden observar en cosas artificiales, como letreros de neón y bombillas fluorescentes. Pero en el resto del universo el plasma es la fase más común de la materia. La mayoría de las estrellas son de plasma, al igual que las luces del norte que se ven alrededor de las regiones polares.

 

Los enlaces químicos

La energía de un agregado de dos o más átomos puede ser menor que la suma de las energías de esos átomos aislados y de ahí que, siguiendo la tendencia de cualquier sistema a alcanzar su estado de mínima energía, los átomos se unan unos con otros de diversos modos para formar moléculas estables. Así, sólo los gases nobles y los metales en estado de vapor están constituidos por átomos aislados.

Todas las demás sustancias están constituidas por moléculas integradas por un número de átomos que puede ir desde dos hasta cientos de miles (polímeros). En la formación del enlace químico intervienen únicamente los electrones de la última capa, los llamados electrones de valencia, que pueden ser parcialmente compartidos entre dos átomos (enlace covalente) o bien cedidos por uno a otro (enlace electrovalente). Es importante destacar que desde el punto de vista de la teoría química actual el enlace químico tiene carácter unitario, basándose siempre en compartir electrones por pares.

Las moléculas están constituidas por la unión de cierto número de átomos iguales o distintos. Se plantea, pues, la cuestión de saber cuál es el nexo que mantiene a los átomos unidos entre sí para formar moléculas. En todos los casos, este nexo se establece únicamente a partir de los electrones que forman la última capa de los átomos, los llamados electrones de valencia.

Hablaremos de cinco tipos de enlace distintos: iónico o electrovalente, covalente, metálico, de hidrógeno y covalente coordinado.

El fundamento del enlace químico es la Ley Física Fundamental según la cual todo sistema evoluciona hacia su estado de energía más bajo. Esta ley explica, por ejemplo, el hecho de que una bola que se encuentra en un recipiente cóncavo se sitúe en el punto más bajo del mismo o bien que, si dos disoluciones de distinta concentración están separadas por un tabique poroso, la concentración de ambas tienda a igualarse por migración del soluto a través del tabique.

 

Existen cinco tipos de enlaces: iónico o electrovalente, covalente, metálico, de hidrógeno y covalente coordinado.

Para poder aclarar la naturaleza de cada uno de los distintos tipos de enlace listados, antes deberemos explicar algunos conceptos importantes, en particular el concepto de ion, y formular la teoría del octete (u octeto).

Con respecto a la mayor o menor facilidad con que permiten el paso de la corriente eléctrica, los cuerpos se clasifican en:

  • Aislantes
  • Conductores:
    • de primera clase
    • de segunda clase o electrólitos

Los conductores de primera clase son aquellos que, como los metales, no se alteran con el paso de la corriente eléctrica.

Por el contrario, los conductores de segunda clase o electrólitos se descomponen cuando son atravesados por una corriente eléctrica. Los electrólitos son exclusivamente ácidos, bases o sales fundidos o disueltos en agua u otros líquidos.

El primero que formuló una explicación científica coherente de la descomposición de los electrólitos por el paso de una corriente eléctrica (electrólisis) fue Arrhenius, quien, en 1883-1887, propuso su teoría de la disociación electrolítica. Aunque inicialmente fue recibida sin entusiasmo por los medios científicos, esta teoría ha sido una de las más fecundas de la química moderna, ya que sentó las bases para el desarrollo de la electroquímica, que hoy constituye una de las bases de la química industrial.

Teoría de Arrhenius de la disociación electrolítica

Se denomina ion a un átomo o una partícula formada por varios átomos que posee una carga eléctrica debida a un defecto o un exceso de electrones planetarios. Según sea su carga eléctrica, los iones se clasifican en positivos o cationes y negativos o aniones.

De acuerdo con la teoría formulada por Arrhenius:

  1. Los electrólitos, en disolución o fundidos, se disocian parcialmente en iones dotados de carga eléctrica, siendo la carga total de los iones positivos igual a la carga total de los iones negativos; la disolución en su conjunto permanece neutra.
  2. Las sustancias químicamente análogas se disocian en los mismos iones (por ejemplo, el grupo NO3 de los nitratos, PO4 de los fosfatos o Na de las sales sódicas). La carga eléctrica del ion es igual a su valencia y es negativa para los no metales y radicales no metálicos (aniones) y positiva para los metales (cationes).

Así, por ejemplo, al disociarse electrolíticamente el cloruro de hidrógeno (un ácido), el cloruro de calcio (una sal) y el hidróxido de sodio (una base) tendremos respectivamente:

HCl  H+ (1 ion positivo) + Cl- (1 ion negativo)

CaCl2   Ca2+ (1 ion positivo) + 2Cl- (dos iones negativos)

NaOH  Na+ (1 ion positivo) + (OH)- (1 ion negativo)

Los iones positivos son más pequeños que los átomos metálicos de los que proceden (por ejemplo, el radio del ion Na+ es sólo muy poco mayor que la mitad del radio del átomo de sodio), mientras que los iones negativos son siempre mayores que los átomos de los no metales a partir de los que se han formado (por ejemplo, el radio del ion Cl- es casi el doble que el radio del átomo de cloro).

Steve August Arrehnius (1859-1927) fue un reconocido científico sueco.

Ionización

La formación de iones se explica por la cesión o admisión de electrones, generalmente en la capa más externa, por parte de un átomo. Es decir, si un átomo X acepta un electrón se rompe el equilibrio eléctrico en que se encontraba, al pasar a poseer una carga negativa más; tendremos así un ion negativo X-. Si el átomo X hubiera aceptado dos electrones estaríamos ante un ion X2-, etcétera.

Por el contrario, si un átomo X cede un electrón pasará a convertirse en un ion positivo, X+, puesto que su número de cargas negativas será entonces inferior en una unidad al número de cargas positivas del núcleo (protones); en el caso de que cediera dos electrones, se tendría el ion X2+, etcétera.

La ionización no es un fenómeno que pueda producirse únicamente a causa de la disociación de un electrólito en disolución. También por efecto del calor, las radiaciones ionizantes o el choque con otras partículas, un átomo puede perder uno o más electrones o bien absorber electrones extraños. Por ejemplo, en las capas altas de la atmósfera (ionosfera), los átomos del aire son constantemente bombardeados por radiaciones solares de alta energía, las cuales les arrancan electrones. Asimismo, los meteoritos, al atravesar la atmósfera a gran velocidad, producen un calentamiento local del aire, ionizándolo a lo largo de su trayectoria.

Un ion se forma cuando una molécula le “cede” electrones a otra.

Los iones presentes en el aire atraen el polvo y las gotitas de agua, y por esta razón se emplean iones para que actúen como núcleos de condensación con el fin de provocar artificialmente la lluvia. En un proceso esencialmente análogo, en las cámaras de ionización la observación de las trayectorias de las partículas atómicas se basa en la condensación que provocan a su paso.

En determinadas condiciones, un gas puede hallarse completamente ionizado, es decir, con todos sus átomos en defecto de electrones; en ese caso se le denomina plasma. Sin embargo, el propio plasma se encuentra en estado neutro, ya que, al hallarse íntimamente mezclados en todo el espacio ocupado, sus electrones y sus iones positivos compensan sus cargas entre sí.

Teoría del octete

Los gases nobles constituyen el grupo 0 de la Tabla Periódica. Las moléculas de estos gases son monoatómicas, ya que la característica más destacada de estos elementos es que sus átomos carecen prácticamente de capacidad para unirse con otros átomos de su misma o de otra especie.

Todos los gases nobles, a excepción del primer elemento del grupo, el helio, poseen ocho electrones en la última órbita. Este hecho llevó a considerar que ésta era la configuración electrónica más estable. Por ello, Lewis introdujo en 1916 la teoría del octete u octeto: “Cuando los átomos reaccionan entre sí tienden a adquirir la estructura electrónica del gas noble de número atómico más próximo.” Sorprendentemente, esta ingeniosa teoría se ajusta muy bien a la realidad, aunque en el momento en que fue propuesta carecía por completo de verdadera justificación teórica.

Los gases nobles son los elementos que, en las condiciones normales de la Tierra, están formados por un solo tipo de átomos.

Los alcanos

Los alcanos son compuestos que están formados solo por enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno. Comúnmente se los suele llamar también hidrocarburos.

El alcano más simple es el metano, cuya fórmula molecular es CH4. Admitiendo la tetravalencia del carbono y la monovalencia del hidrógeno, solamente es posible una estructura para el metano:

El alcano con dos átomos de carbono, el etano, tiene por fórmula molecular C2H6. Su fórmula estructural es:

Cuando el número de átomos de carbono es n, su fórmula molecular es CnH2n+2. Los alcanos pueden suponerse derivados del metano por sustitución sucesiva de un hidrógeno por un grupo metilo, CH3.

Los alcanos pueden ser de cadena lineal o de cadena ramificada. En la cadena normal cada átomo de carbono está unido directamente a lo sumo a otros dos, es decir, los carbonos son primarios o secundarios; en las cadenas ramificadas existen también átomos de carbono terciarios o cuaternarios:

 

El metano es el alcano más simple.

Una cadena ramificada se puede considerar como una cadena normal en la que la parte de sus átomos de hidrógeno han sido sustituidos por grupos CnH2n+1, que se denominan cadenas laterales.

Dado que la fórmula estructural desarrollada ocupa mucho espacio, para los alcanos de cadena larga se acostumbra usar la fórmula estructural abreviada, que se escribe poniendo entre paréntesis las cadenas laterales (y los sustituyentes) para indicar que esos átomos o grupos están directamente unidos al átomo de carbono precedente no escrito entre paréntesis. Por ejemplo, la última fórmula que hemos escrito en forma desarrollada, en forma abreviada se escribiría:

CH3 CH(CH3)CH2 C(CH3)3

Nomenclatura de los alcanos

Los primeros químicos nombraban en general los compuestos haciendo referencia a su origen. Esto dio lugar a una nomenclatura vulgar que, en muchos casos, aún se emplea. A medida que fue aumentando el número de compuestos orgánicos conocidos se fue haciendo evidente la necesidad de sistematizar la nomenclatura, de manera que el nombre de un compuesto reflejara su estructura. La nomenclatura actual se basa en la establecida en el Congreso de Química de Ginebra de 1892 (nomenclatura de Ginebra), que ha sido revisada repetidas veces, siendo las últimas reglas las que recomendó en 1957 la Comisión de Nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). En esta obra seguiremos el sistema de la IUPAC, aunque usaremos nombres vulgares cuando éstos estén muy arraigados.

Los cuatro primeros alcanos tienen nombres especiales (relacionados con su historia); a partir del quinto término se nombran según el prefijo griego o latino correspondiente al número de átomos seguido de la terminación -ano.

Los alcanos de cadena normal se indican colocando una n delante del nombre (n-butano) cuando se los quiere diferenciar de los que tienen el mismo número de átomos de carbono pero cadena ramificada en el primer enlace, a los que se antepone el prefijo iso- (iso-butano).

Los radicales monovalentes que se forman eliminando un átomo de hidrógeno de un carbono extremo de un alcano se denominan radicales alquilo. El nombre de cada radical se obtiene cambiando el sufijo -ano del nombre del alcano por -ilo, o bien por -il si el nombre del radical antecede en el nombre del compuesto (por ejemplo, el radical metilo o metil es CH3).

Para nombrar a los hidrocarburos ramificados se elige la cadena más larga y el compuesto se nombra como derivado de ese alcano de cadena normal. La cadena de carbonos se numera de un extremo a otro, eligiendo empezar por el extremo que permita que los números usados para ubicar las cadenas laterales sean lo más bajos posible. Por ejemplo, el 2-etil-3-metil-pentano sería:

Al examinar las fórmulas de los alcanos se observa que dos cualesquiera de ellos se diferencian en uno o más CH2. Una serie de compuestos en la que, como en las parafinas, los sucesivos términos se diferencian en un CH2 se denomina serie homóloga, denominándose homólogos los términos de la misma.

Los constantes físicas (densidad, solubilidad, punto de fusión, índice de refracción, etc.) de los términos de una misma serie homóloga suelen variar de un modo continuo con el aumento del peso molecular, sobre todo los puntos de fusión y de ebullición.

Propiedades generales de los alcanos

Las propiedades físicas de los alcanos siguen la gradación propia de los términos de una serie homóloga. Los cuatro primeros términos de los alcanos normales son gaseosos, del 5 al 16 son líquidos y los términos superiores, sólidos. Son incoloros e inodoros, insolubles en agua, miscibles entre sí y fácilmente solubles en disolventes orgánicos, tales como éter, sulfuro de carbono, benceno, etc. Fácilmente combustibles, arden con llama tanto más luminosa cuanto mayor es el número de carbonos de su molécula. Son estables y químicamente inertes puesto que a temperatura ambiente no son atacados por los ácidos ni las bases fuertes; ésta es la razón por la que se les denomina también parafinas (poca afinidad). Los halógenos se combinan con ellos por sustitución, formándose el derivado halogenado y el hidrácido correspondiente. Así, el metano reacciona con gas cloro dando cloruro de metilo y cloruro de hidrógeno:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

El proceso puede proseguir hasta la sustitución de todos los hidrógenos por átomos de Cl, formándose tetracloruro de carbono.

El alcano más importante es el metano, que es muy estable, ya que sólo empieza a descomponerse por encima de los 600 °C.

Los alcanos son incoloros, inoloros e insolubles en agua.

Estado natural de los alcanos

Los alcanos son compuestos muy abundantes en la naturaleza. El primer término de la serie, el metano, se desprende en los pantanos como producto de la descomposición de sustancias orgánicas por acción de bacterias anaerobias (es decir, en ausencia de aire); de ahí su antiguo nombre de gas de los pantanos. También se desprende en las minas de carbón (grisú), donde puede provocar peligrosas explosiones. Es el principal componente del gas natural, cada día más utilizado por ser un combustible limpio y de elevado poder calorífico. Los demás alcanos se hallan contenidos en el gas natural y en el petróleo, del que pueden obtenerse muchos hidrocarburos saturados por destilación fraccionada. El propano y el butano son constituyentes del gas natural y del gas de los pozos petrolíferos, de los cuales se pueden separar por fraccionamiento. Se utilizan como combustibles, comercializándose licuados bajo presión en bombonas, a diferencia del gas natural, que se suministra por cañerías.

Compuestos orgánicos

Un conjunto de átomos enlazados de un modo especifico que genera un conjunto de propiedades químicas que caracterizan a una familia de compuestos. Los compuestos que poseen el mismo grupo funcional se concentran en una misma familia y en química orgánica existen decenas de familias. En este artículo analizaremos cada una de las familias de compuestos orgánicos.

Alcanos

Grupo de compuestos formados únicamente por carbonos e hidrógenos unidos mediante enlaces simples, de modo que todos los carbonos de un alcano poseen hibridación sp3. Los representantes más simples de esta familia son el metano, el etano, el propano, y el butano, que son gases empleados como combustibles domésticos e industriales. En la forma general, los alcanos se representan como R-H.

Los compuestos orgánicos están formados por moléculas compuestas por átomos de carbono y oxígeno.
Los compuestos orgánicos están formados por moléculas compuestas por átomos de carbono y oxígeno.

 

Alquenos

Familia de compuestos que contienen un doble enlace entre carbonos, el resto son enlaces simples a otros carbonos e hidrógenos. El eteno, propeno y buteno son ejemplos de alquenos. En forma general, los alquenos se representan como:

Cabe señalar que en la formula general, los carbonos con doble enlace pueden estar unidos a un grupo R y a un, o también a dos grupos R o incluso a dos hidrogenos; en este último caso se tratará de la molécula del eteno, un gas que se utiliza para hacer madurar frutos, como anestésicos y también como precursor del polietileno.

Alquinos

Son moléculas que contienen triple enlace de carbonos el resto de los enlaces son simples ya sea entre carbonos o de estos con hidrógenos. Su representación general es:

Aldehídos

En el extremo de la molécula contiene un carbonilo unido a un hidrogeno. El grupo

carbonilo es un carbón unido a oxigeno mediante un doble enlace (C=O).

Cetonas

También poseen un grupo carbonilo pero éste se encuentra en su interior de la cadena de modo que está directamente unido a dos átomos de carbono a diferencia de los aldehídos en las cetonas el carbono carboxílico no cuenta con uniones a átomos de hidrogeno.

Alcoholes

Se caracterizan por tener un grupo OH hidroxilo unido mediante un enlace simple a un carbono. Se representan en forma general como R-OH.

Seguramente es familiar la palabra alcohol, ya que uno de ellos, el etanol, es el famoso alcohol de farmacia y también el que contienen las bebidas alcohólicas y algunos otros alimentos y medicamentos.

El alcohol que poseen las bebidas alcohólicas es el etanol.
El alcohol que poseen las bebidas alcohólicas es el etanol.

Éteres

Molécula que contiene oxígeno en su estructura, unido mediante enlace simple a dos carbonos de modo que forma parte de una cadena carbonatada. Dicho de otra forma, el oxígeno se encuentra en medio interrumpiendo la cadena de carbonos. Su fórmula general es R-O-R.

Ácidos carboxílicos

Estas moléculas también contienen un grupo carbonilo en el extremo de la molécula que está unido a un grupo hidroxilo. A la combinación entre el grupo carbonilo y el hidroxilo se le conoce como grupo carboxilo y es propio de eta familia de compuestos.