CAPÍTULO 11 / TEMA 8

sistema inmune

El sistema inmune es el sistema de defensa biológica del cuerpo. Muchas células, órganos y tejidos diferentes trabajan en conjunto para identificar y defender al cuerpo de proteínas, virus, bacterias, hongos, parásitos y otros agentes patógenos que lo invaden.

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¿Cómo funciona la inmunidad de nuestro cuerpo?

El sistema inmune o inmunitario se encarga de combatir infecciones, daños celulares y enfermedades. Las células de este sistema incluyen glóbulos blancos, como los macrófagos, así como los linfocitos T y B. Los principales tejidos linfáticos de este sistema son el timo y la médula ósea.

Ocasionalmente, el sistema inmune puede cometer un error y atacarse a sí mismo lo que resulta en trastornos autoinmunes.

Inmunidad innata

Es la que se encuentra en todos los individuos desde el nacimiento. Este tipo de inmunidad es también llamada inespecífica, lo cual significa que estos sistemas reconocen y responden a los patógenos en una forma genérica y duradera.

El sistema inmune innato es la primera parte del cuerpo encargada de detectar invasores como virus, bacterias, parásitos y toxinas, o para descubrir heridas o traumas. Al detectar estos agentes o eventos, el sistema inmune innato activa las células para atacar y destruir al cuerpo extraño, o para iniciar la reparación, al tiempo que informa y modifica la respuesta inmune adaptativa que sigue a esta primera línea de defensa.

La piel, los epitelios del sistema digestivo, genitourinario y respiratorio, constituyen los mecanismos de defensa de tipo innato.
Inmunidad humoral

La respuesta inmune humoral, también conocida como respuesta inmune mediada por anticuerpos, se dirige a los patógenos que circulan en los fluidos extracelulares, como la sangre y la linfa. Los anticuerpos se dirigen a los patógenos invasores para su destrucción a través de múltiples mecanismos de defensa como la neutralización, la opsonización y la activación del sistema del complemento.

Inmunidad adaptativa

La inmunidad adaptativa, también llamada adquirida o específica, es la segunda línea de defensa que actúa luego del llamado del sistema inmune innato y se desarrolla a lo largo de la vida del individuo. Cuando las células inmunes adaptativas reconocen al invasor, se multiplican y lo combaten.

Linfocitos B y T

Los linfocitos se originan en la médula ósea y, o se quedan allí y se convierten en células B, o se dirigen a la glándula del timo, donde se convierten en células T. Los linfocitos B son un tipo de células que producen anticuerpos que llevan a cabo la inmunidad humoral, y los linfocitos T son otros tipo de células encargadas de llevar a cabo la inmunidad celular.

A menudo se subdivide en dos tipos, de acuerdo con la manera en que se adquirió la inmunidad:

  • La inmunidad pasiva que es a corto plazo, y normalmente dura sólo unos pocos meses.
  • La inmunidad activa que dura más tiempo, en algunas ocasiones de por vida.
¿Sabías qué?
La hipogammaglobulinemia es una enfermedad que se origina por la deficiencia, o el bajo número, de todas las clases de anticuerpos.
La inmunidad adquirida o adaptativa se desarrolla a medida que las personas se exponen a las enfermedades o se las inmuniza mediante la vacunación.

Inmunidad pasiva

La inmunidad pasiva ocurre cuando se transfiere la inmunidad por medio de anticuerpos de un individuo a otro que no posee inmunidad. La inmunidad pasiva puede ocurrir de manera natural, cuando los anticuerpos maternos son transferidos al feto a través de la placenta o puede ser generada de forma artificial.

Inmunidad activa

La inmunidad activa ocurre cuando aparece el patógeno y por consiguiente, las células B y T se activan. Estas células son capaces de memorizar y reconocer a cada patógeno específico lo largo de la vida de un individuo para desencadenar una respuesta fuerte en el caso de que el patógeno reaparezca. Este tipo de inmunidad puede ser de tipo natural o artificial.

Las vacunas se obtienen a partir de un procedimiento por el cual se inactiva o debilita el agente que causa la enfermedad.

Memoria inmunológica

La memoria inmunológica es otra característica importante de la inmunidad adaptativa. Significa que el sistema inmune puede recordar los antígenos que lo activaron previamente y lanzar una reacción inmune más intensa cuando encuentra el mismo antígeno por segunda vez.

La memoria inmunológica proporciona los fundamentos para el desarrollo de vacunas contra infecciones como la viruela, la poliomielitis, la difteria y el sarampión que históricamente han causado epidemias responsables de alterar la historia social y económica.

¿Sabías qué?
El desarrollo de vacunas ha tenido éxito para muchas enfermedades infecciosas, incluida la erradicación de la viruela.

problemas asociados al sistema inmune

Cuando el sistema inmune no funciona como debería, se denomina trastorno del sistema inmune.

Los trastornos del sistema inmune se clasifican de la siguiente manera:

  • Inmunodeficiencia primaria: cuando el individuo nace con un sistema inmune débil.
  • Inmunodeficiencia adquirida: cuando el individuo contrae una enfermedad que debilita su sistema inmunológico.
  • Reacción alérgica: cuando el individuo tiene un sistema inmunitario demasiado activo.
  • Enfermedad autoinmune: cuando el individuo tiene un sistema inmunitario que se vuelve en su contra.
Enfermedades autoinmunes

El lupus, la artritis reumatoide, la enfermedad de Crohn, la colitis ulcerosa y la esclerosis múltiple son enfermedades autoinmunes en las que el sistema inmunitario ataca erróneamente al propio cuerpo.

Inmunodeficiencia combinada severa (SCID)

  • Este síndrome está presente al nacer.
  • El individuo está en constante peligro de contraer infecciones por bacterias, virus y hongos.
  • A los niños con SCID les faltan glóbulos blancos importantes.
  • Esta enfermedad, sin tratamiento, puede ser mortal.
¿Sabías qué?
A este trastorno también se lo conoce como “enfermedad del niño burbuja” debido a que en la década de 1970 un niño tuvo que vivir en un ambiente estéril dentro de una burbuja de plástico.

SIDA

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  • El VIH, que causa el SIDA, es una infección viral adquirida que destruye glóbulos blancos importantes.
  • Debilita el sistema inmunitario.
  • Las personas con este síndrome pueden enfermarse gravemente con infecciones que la mayoría de las personas pueden combatir. Estas infecciones se denominan oportunistas porque aprovechan los sistemas inmunes débiles.
El tratamiento para el SIDA no cura la infección pero hace que el virus se multiplique más lento y no destruya las defensas del cuerpo.

Lupus

  • Esta enfermedad ataca los tejidos del cuerpo, incluidos los pulmones, los riñones y la piel.
  • Muchos tipos de anticuerpos se encuentran en la sangre de personas con lupus.
  • La enfermedad puede variar de grave a severa.
  • Causa dolor y rigidez en las articulaciones, cansancio extremo que no desaparece sin importar cuánto descanse la persona y erupciones cutáneas, a menudo sobre la nariz y las mejillas.
Gravedad ¿Cómo afecta el cuerpo?
Leve Problemas articulares y cutáneos. Cansancio.
Moderado Inflamación de otras partes de la piel y el cuerpo, incluidos los pulmones, el corazón y los riñones.
Grave La inflamación que causa daño severo al corazón, pulmones, cerebro o riñones puede ser mortal.

 

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Las enfermedades infectocontagiosas”

El artículo explica qué son las enfermedades infectocontagiosas, sus medios de transmisión y algunas medidas para prevenirlas.

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Infografía “Alergias”

Este material ilustrado contiene un resumen del papel que cumple el sistema inmune ante la hipersensibilidad a las sustancias causantes de las alergias.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 5

Fuentes de energía

El ser humano aprovecha la energía disponible en la naturaleza en su búsqueda de mejoramiento de la calidad de vida. Las fuentes de energía son aquellos recursos naturales o cuerpos que almacenan energía que puede ser utilizada.

La energía eléctrica puede generarse de diversas fuentes.

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FUENTES RENOVABLES

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Estas fuentes de energía son las más abundantes en la naturaleza. Se consideran inagotables, ya que después de ser usadas pueden regenerarse de forma natural o artificial a una velocidad superior al que se consumen.

Las energías renovables son menos contaminantes que las energías no renovables.

Algunas ventajas de las fuentes de energía renovable son las siguientes:

  1. No afectan de gravedad al medio ambiente.
  2. Disminuyen la dependencia de los recursos fósiles.
  3. Promueven el desarrollo industrial y económico donde se instalan.
  4. Son inagotables, por ende, pueden aplicarse en una amplia gama de escenarios.

También presentan desventajas como:

  1. La elección de este tipo de energía representa una inversión significativa, lo que hace parecer que no es rentable.
  2. Varios tipos de energía renovable tienen una naturaleza difusa.
  3. Se necesita esperar para que haya cantidad suficiente de energía para poder almacenarla.
  4. Muchas veces debe disponerse de un gran equipo o sistema para que la energía de utilice.
Energía renovable en Latinoamérica

 

Debido a la gran variedad de ecosistemas en Latinoamérica, los países de esta región se beneficiarían en gran medida de la energía renovable. Por orden de importancia y beneficios de estos recursos se encuentran los siguientes países: Brasil, Colombia, Argentina, Chile y Uruguay.

¿Cuáles son las fuentes de energía renovable?

Ciertas fuentes de energía renovable también son conocidas como energías alternativas, ya que se usan poco pero adquieren más importancia con el paso del tiempo.

Energía hidráulica

Es producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural, en otras palabras, se obtiene mediante el movimiento del agua. Por esta razón, las centrales hidroeléctricas se construyen cerca de caídas de agua, donde el movimiento hidráulico mueve unas turbinas que se encargan de transformar esa energía en energía eléctrica que luego llega a los hogares a través de una red eléctrica de distribución.

¿Qué es una represa hidroeléctrica?

 

Es un sistema diseñado y construido para producir energía eléctrica mediante el aprovechamiento del caudal de los cursos de agua.

 

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Energía solar

Llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética proveniente del Sol. Una de las formas de aprovechamiento es mediante el uso de paneles solares. Es una energía gratuita, inagotable, limpia y no contaminante.

El Sol es una fuente ilimitada de energía. Si se almacenara toda la energía que emite durante algunas horas, se podrían abastecer las necesidades humanas del planeta por un año.

¿Sabías qué?
La energía solar se renueva rápidamente porque el Sol emite de manera continua radiación.

Energía eólica

Es la que se aprovecha por el movimiento del aire. Como fuente de energía es segura, inagotable y no contamina.

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Para poder utilizar esta fuente de energía a gran escala se requieren gigantescas turbinas eólicas, también llamadas aerogeneradores, que al moverse producen electricidad. El único inconveniente es que los vientos en general no son constantes, por lo que la energía eléctrica producida debe ser almacenada en baterías.

¿Cómo se aprovechan las energías renovables?

 

La energía del viento se aprovecha a través de grandes turbinas, la energía del Sol por medio de paneles solares y la energía del agua mediante centrales hidroeléctricas.

Energía mareomotriz

Se la obtiene a partir del movimiento del agua que es generado por las mareas. Durante el día, las aguas suben (marea alta o pleamar) y bajan (marea baja o bajamar) secuencialmente; cuando la Luna está sobre la playa, las aguas suben, luego de seis horas bajan.

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La marea es el movimiento constante y alterno de ascenso y descenso de las aguas marinas que se produce por las acciones atractivas del Sol y la Luna.

Durante el fenómeno de la pleamar, las aguas ganan energía gravitatoria. Al bajar, esa energía gravitatoria se transforma en energía cinética: las aguas se aceleran en su caída. Para obtener esta energía se dispone de centrales mareomotrices. Dichas centrales atrapan el agua del mar en enormes piletas que se cierran por medio de compuertas. Cuando la marea comienza a bajar, las compuertas se abren y el agua guardada empieza a caer hacia al mar por medio de unos conductos.

¿Qué son los diques móviles?

 

Es una respuesta a fenómenos naturales donde las altas mareas pueden atentar contra el bienestar de un área geográfica determinada y a su comunidad. Ingeniados por los Países Bajos después del desastre natural de 1953 e inaugurados en 1997, son sinónimo de resguardo y eficiencia tecnológica en el resto del mundo.

 

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Energía de la biomasa

La biomasa es la materia orgánica que se origina en un proceso biológico, como por ejemplo la madera, los cultivos o los residuos animales. Puede utilizarse directa o indirectamente como fuente de energía y permite aprovechar los residuos.

Como combustible, produce una contaminación parecida a la de los combustibles fósiles. La gran ventaja sobre éstos es que el CO2 que se produce en la combustión ha sido retirado previamente de la atmósfera por las plantas con las que se ha fabricado el combustible y no se altera la concentración media de este gas.

Energía geotérmica

Es el aprovechamiento del calor proveniente del interior de la Tierra, el cual se transmite a los cuerpos por conducción y convección. Esta energía es capaz de ofrecer más energía que el petróleo, el carbón y el uranio. Puede ser aprovechada gracias a la intervención de turbinas que absorben el vapor (energía calórica) generado por las altas temperaturas, para luego ser transformado en energía eléctrica.

¿Sabías qué?
Italia y Chile son algunos de los países que aprovechan la energía calórica que proviene del interior de la Tierra por medio de centrales que generan vapor para luego producir electricidad.
Datos de interés sobre fuentes de energía renovable
Tipo de energía Fuente Mayor productor Aplicación
Hidráulica Agua Estados Unidos Producir energía eléctrica.
Solar Sol China Producir energía eléctrica.
Eólica Viento China Producir energía eléctrica.
Mareomotriz Agua Japón Producir energía eléctrica.
Biomasa Plantas y animales Inglaterra Producir energía eléctrica y biocombustibles.
Geotérmica Calor del interior de la Tierra Estados Unidos Industrial y en aguas termales.

FUENTES NO RENOVABLES

¿Qué es el desarrollo sustentable?

 

Es un proceso integral que conjuga a la sociedad, la economía y al planeta Tierra con su naturaleza. Se trata de un modo de ver y de hacer que desterró la antigua idea de “progreso”, relacionada a la explotación desmedida de los recursos.

Estas fuentes de energía son las más usadas en la actualidad a pesar de encontrarse en cantidades limitadas en la naturaleza. Se agotan al ser usadas, por lo tanto no se regeneran a corto plazo y requieren miles o millones de años para volver a formarse.

Dato de interés

 

Según estudios recientes, aproximadamente el 85 % de toda la energía que se consume a nivel mundial surge de la quema de combustibles fósiles.

Algunas ventajas de las fuentes de energía no renovable son las siguientes:

  1. Estas fuentes de energía son más económicas que las energías renovables, razón por la que son más usadas en los países en vías de desarrollo.
  2. Al ser fuentes que el ser humano ha conocido desde hace mucho tiempo, existe la infraestructura y la tecnología necesaria para aprovecharlas y transformarlas.
  3. El recurso no renovable más usado es probablemente el petróleo, del cual se produce una gran cantidad de combustibles y derivados como solventes y parafinas.

También presenta desventajas como:

  1. No son abundantes en la Tierra, por lo que en algún momento se gastarán las reservas que existen.
  2. Al quemar combustibles fósiles se producen enormes cantidades de contaminantes que potencian el calentamiento global.
  3. Los combustibles fósiles pueden ocasionar grandes accidentes si no se tratan con cuidado.
Protocolo de Kioto

 

Es un acuerdo internacional firmado en firmado en Japón, en la ciudad de Kioto. Entró en vigor en febrero de 2005 y comprometió a los países industrializados a estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero entre el período 2008 y 2012. El segundo periodo de vigencia del Protocolo se extiende desde el 1 de enero de 2013 hasta el 31 de diciembre de 2020.

¿Cuáles son las fuentes de energía no renovable?

Las fuentes de energía no renovable también son conocidas como energías convencionales, ya que son las más usadas en la actualidad.

Combustibles fósiles

Las fuentes de energía fósil son aquellos recursos que provienen de la transformación de materia que alguna vez tuvo vida, es decir, que se originaron por la acumulación de restos vivientes hace millones de años. Entre ellas podemos encontrar el carbón, el petróleo y el gas. El carbón fue el primer combustible fósil en ser comercializado, le siguió el petróleo y por último el gas natural. En la actualidad coexisten para satisfacer las necesidades energéticas.

¿Sabías qué?
El combustible fósil se quema para así obtener energía térmica o energía cinética. También puede emplearse para obtener electricidad en centrales termoeléctricas.
  • El carbón

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Es un combustible sólido de origen vegetal. Se originó hace más de 300 millones de años cuando el planeta estaba cubierto por una densa vegetación que, al morir, quedó sumergida bajo el agua y empezó a descomponerse anaeróbicamente (sin presencia de oxígeno), lo que produjo que la materia orgánica ganara carbono hasta convertirse en un mineral sólido de color negro.

  • El petróleo

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Es un compuesto líquido negruzco complejo formado por una mezcla de hidrocarburos de gran viscosidad, perecidos al aceite. Se originó hace millones de años por la fosilización de zooplancton, algas y organismos marinos.

El petróleo tiene una apariencia negra y viscosa.

Utilizar este compuesto como fuente de energía tiene varios inconvenientes:

  • No es soluble en agua y es difícil de limpiar.
  • Los derrames afectan los ecosistemas.
  • La combustión de los derivados produce productos residuales.
  • Es una de las principales causas de la excesiva emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, lo cual genera calentamiento global.

Este combustible es muy utilizado debido a que con una pequeña porción del material se producen grandes cantidades de energía, y sus costos de extracción y utilización son baratos en comparación con otras fuentes. Es decir, se prioriza el beneficio económico por sobre el cuidado del planeta.

¿Qué es el fracking?

 

La explotación indiscriminada de los recursos fósiles es una práctica común que ha disminuido las reservas a nivel mundial de manera notable. El fracking se ha presentado como una técnica de extracción en yacimientos no convencionales, y el daño para el hombre y el planeta es objeto de debate.

 

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Es una mezcla de gases ligeros que se obtiene de los yacimientos de petróleo o de depósitos de carbón.  Si la energía se obtiene de los procesos de descomposición de restos orgánicos se denomina biogás.

Una de las ventajas de la utilización de esta fuente de energía es que el gas natural produce mucho menos dióxido de carbono que otros combustibles. Sin embargo, la forma de extraer, transportar y almacenar este combustible implica grandes cuidados, ya que es una sustancia muy inflamable.

Energía nuclear

Es aquella energía que se libera durante las reacciones nucleares y se obtiene mediante un proceso físico-químico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones del núcleo atómico son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Energía eólica”

Recurso que describe las características de la energía eólica como fuente de energía renovable.

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Video “Los movimientos de la Tierra: Rotación y traslación. Estaciones del año, las mareas”

Este video le permitirá comprender los fenómenos relacionados con la posición del planeta Tierra, entre ellos, las mareas.

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Video “¿Cuál es el desierto más árido del planeta? ¿Qué es la energía renovable?

Recurso audiovisual que explica datos de interés sobre las energías renovables.

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Jabones y detergentes

En la actualidad es necesario mantener una higiene adecuada para tener un estilo de vida saludable, por ello se emplean diversos jabones y detergentes. Éstos son usados para limpiar la ropa, la vajilla, la casa y la piel del cuerpo, y aunque ambos productos tienen un efecto limpiador no son lo mismo.

Jabones Detergentes
 ¿Qué son? Sales alcalinas de ácidos grasos, generalmente de 16 a 18 átomos de carbonos. Sulfonatos de cadena larga en forma de sales sódicas.
Componentes complementarios Agua, glicerina y aditivos, entro otros. Coadyuvantes, aditivos, enzimas y reforzadores, entre otros.
Uso en el tiempo Desde la antigüedad. Sustancias modernas, el primero se fabricó en 1907.
Usos
  • Limpieza del cuerpo humano.
  • Eliminación de suciedad y aceites.
  • Eliminación de manchas con mayor eficiencia que el jabón.
  • Como limpiador doméstico.
Fuente Grasas animales o vegetales. Derivados de petróleo.
Función en agua dura No funcionan en agua dura. Son efectivos en agua dura.
Residuos Pueden dejar residuos. No dejan residuos.
Biodegradabilidad Son biodegradables. No son biodegradables.
Costo Son económicos. Son costosos.
Estructura química

Estearato de sodio.

p-Dodecilbencenosulfonato sódico.

Obtención Reacciones de saponificación y neutralización. Proceso industrializado.
Característica principal Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los jabones son surfactantes aniónicos.

 

Son surfactantes: sustancias que reducen la tensión superficial de las moléculas de agua, lo que permite que la grasa y suciedad se emulsionen con el agua y desaparezcan al fluir el agua.

 

Los detergentes pueden ser surfactantes aniónios, catiónicos o no iónicos.

Ácidos y bases

Desde la antigüedad se clasifican sustancias en base a su sabor o a la sensación que generan en la piel, este es el caso de los ácidos y las bases. Ambas forman soluciones de electrólitos y son capaces cambiar el color de ciertas compuestos. Con el propósito de dar una explicación al comportamiento físico y químico de los ácidos y bases se han propuesto diversas teorías llamadas teorías ácido-base.

Ácido Base
Concepto según la teoría de Arrhenius

Sustancia que en solución acuosa incrementa la concentración de iones hidrógeno H+.

 

HNO_{3} (ac) \rightarrow {\color{Red} H^{+}} (ac) + NO_{3}^{-}(ac)

 

Sustancia que en solución acuosa incrementa la concentración de iones hidroxilo OH-.

 

NaOH (ac) \rightarrow Na^{+}(ac) + {\color{Blue} OH^{-}}(ac)

 

Concepto según la teoría Brønsted-Lowry Especie capaz de ceder iones H+.

 

{\color{Red} CH_{3}COOH} (ac) + H_{2}O \rightleftharpoons CH_{3}COO^{-} (ac) + {\color{Red} H_{3}O^{+}} (ac)

 

Especie capaz de aceptar iones H+.

 

CH_{3}COOH (ac) + {\color{Blue} H_{2}O} \rightleftharpoons {\color{Blue} CH_{3}COO^{-}} (ac) + H_{3}O^{+} (ac)

 

Concepto según la teoría de Lewis Sustancia capaz de aceptar un par de electrones.

 

{\color{Red} BF_{3} }+ NH_{3} \rightarrow BF_{3}NH_{3}

 

Sustancia capaz de donar o ceder un par de electrones.

 

BF_{3}+ {\color{Blue} NH_{3}} \rightarrow BF_{3}NH_{3}

 

Rango de pH 0 a 6 8 a 14
Sabor Agrio. Amargo.
Viraje de color en papel tornasol Cambia a color rojo el papel azul. Cambia a color azul el papel rojo.
Neutraliza Bases. Ácidos.
Viraje de color en fenolftaleína Cambia de rojo a incoloro. Cambia de incoloro a rosado.
Reactividad Reacciona con metales, como el magnesio, zinc o hierro. No reacciona con metales. Reacciona con los ácidos.
Conductividad eléctrica Conductor eléctrico en solución acuosa. Conductor eléctrico en solución acuosa.
Al tacto Son punzantes, queman la piel. Son jabonosos.
Ejemplos
  • Ácido sulfúrico (H2SO4), presente en las baterías.
  • Ácido clorhídrico (HCl), presente en el estómago.
  • Ácido fosfórico (H3PO3), presente en algunas bebidas gaseosas.
  • Ácido nítrico (HNO3), presente en los fertilizantes niitrogenados.
  • Ácido acético (CH3COOH), componente principal del vinagre.
  • Hidróxido de sodio (NaOH), presente en limpiadores de tuberías de desagües.
  • Hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), presente en la leche magnesia.
  • Hidróxido de calcio (Ca(OH)2), también llamada cal, con múltiples usos industriales y en construcción.
  • Hidróxido de aluminio (Al(OH)3), presente en los antiácidos.
  • Amoniaco (NH3), presente en fertilizantes y limpiadores.

 

¿Qué son los cambios químicos?

Hablar de cambios químicos parece algo muy científico, a todos nos da la sensación que es difícil. Sin embargo, te lo vamos a explicar fácilmente, lo vas aprender para siempre y luego de leer esta nota ya sabrás detectarlos en la vida cotidiana.

Todo lo que nos rodea y ocupa un lugar en el espacio recibe el nombre de materia por definición física. Esa materia posee energía, es perceptible por nuestros sentidos y, por lo tanto, la podemos caracterizar.

La naturaleza está compuesta por materia, abarcando tanto a los seres vivos, como a los factores inorgánicos o abióticos. Si tomamos a la materia y la analizamos, podemos ver que está compuesta por sustancias (agua, tierra, etc.), estas sustancias a la vez están compuestas por elementos, y estos elementos en sus interacciones conforman los distintos tipos de moléculas que componen a todas las sustancias.

La sustancia imprescindible para la vida es el agua; sus moléculas están formadas por la interacción de los elementos Hidrógeno (H) y Oxígeno (O). Específicamente dos átomos de hidrógeno interactúan con un átomo de oxígeno para conformar una molécula de agua, H2O.

Tenemos que saber que toda sustancia, según esté sometida a distintos parámetros físicos, puede presentarse en distintos estados, éstos se denominan estados de agregación, se caracterizan como sólidos, líquidos y gaseosos. Así el agua, se presenta en estado sólido (cristales de hielo), líquido (el agua de lluvia, ríos, lagos…) y gaseoso (vapor de agua, nubes). La dinámica del agua queda representada en el conjunto de cambios físicos, que describe el ciclo del agua. (Ver infografía en las páginas 36 y 37).

Debemos aclarar que todas las sustancias además de adecuarse a las condiciones físicas a las que están sometidas, también están en constante contacto con otras sustancias, y de hecho pueden reaccionar entre ellas, conformando “nuevas sustancias”.
Así, se producen los cambios químicos, dando origen a nuevas sustancias o compuestos químicos. Los cambios químicos también se conocen como reacciones químicas, estas reacciones son más habituales en nuestra vida
diaria de lo que nosotros imaginamos.

Cuando se quema la madera, ésta se transforma en ceniza y en humo, mientras el fuego que la quema nos calienta. Como vemos, la madera (sustancia inicial) se transforma en ceniza (sustancia final). Aquí tuvo lugar un cambio químico.

La digestión, la descomposición de los alimentos, la respiración, la fotosíntesis, entre otros, son procesos que suceden en los seres vivos a través de reacciones químicas.

Si dejamos un objeto de hierro a la intemperie, modifica su color, es decir, se oxida, transformándose en óxido de hierro.

Cuando cocinamos se generan cambios químicos, estamos mezclando diversas sustancias para conseguir otras.

Los cambios químicos son procesos en los que cambia la naturaleza de la sustancia formando otras nuevas. La sustancia es modificada irreversiblemente: un papel al ser quemado no puede volver a su estado original. Las cenizas que se obtienen fueron parte del papel original y han sido modificadas químicamente.

CARACTERÍSTICAS DE LOS CAMBIOS QUÍMICOS

Para determinar si en una sustancia se han generado cambios químicos, no sólo deberíamos analizar su composición química con un microscopio, sino que también podríamos realizar ciertas observaciones que nos permitirían llegar a la conclusión de que se ha generado una reacción química. A continuación explicamos los indicios típicos que suelen generarse tras una reacción química:

• Cambio de coloración: esta modificación en las sustancias permite advertir la aparición de una o de varias sustancias nuevas distintas a las iniciales.

• Aparición de sedimento o precipitado: el sedimento es la materia que después de haber estado en suspensión en un líquido, termina en el fondo por su mayor gravedad. Un tipo común de sedimentación ocurre cuando el material sólido, transportado por una corriente de agua, se deposita en el fondo de un río, canal, embalse, etc. Entonces cuando observamos sedimento sobre una sustancia, podemos concluir que una o algunas de las sustancias nuevas formadas son insolubles, es decir, no se diluyen.

• Desprendimiento de gas: esto sucede en algunos casos cuando dos o más sustancias entran en contacto. Debido a que se genera una reacción química aparece una nueva sustancia que se presenta en estado gaseoso a temperatura ambiente.

• Absorción o liberación de calor: los cambios espontáneos de temperatura de la mezcla revelan que se está produciendo una reacción.

• Cambios en otras propiedades: se puede decir que también existe cambio químico cuando se observan modificaciones en la acidez, el olor, las propiedades magnéticas o eléctricas, etc.

LOS CAMBIOS QUÍMICOS EN ECUACIONES

La representación esquemática de las reacciones se denominan ecuaciones; así toda reacción química queda establecida a través de sus sustancias reactivos (R), éstos interaccionan entre sí por medio de los átomos que los componen (en toda reacción hay una transferencia de energía), dando lugar a las sustancias productos (P).
Ejemplo:

REACTIVO + REACTIVO ⇒ PRODUCTO
Hierro + Oxígeno ⇒ Óxido de hierro

Las reacciones químicas son estudiadas por los científicos para determinar ciertas combinaciones que permiten la creación de productos. Existen muchas industrias, en las que se realizan reacciones químicas: las materias primas se transforman en otras sustancias diferentes y útiles para el hombre, como por ejemplo, detergentes, plásticos, etc.

LA INDUSTRIA PETROQUÍMICA

Una de las industrias que mayor impulso dio y da a la sociedad es la industria de la petroquímica, que se ocupa de obtener derivados químicos del petróleo y de los gases asociados.

El petróleo es un líquido viscoso cuyo color va de amarillo ámbar al negro. Se lo encuentra siempre en yacimientos de rocas sedimentarias acompañados de una mezcla de gases naturales como metano y etano. El origen del petróleo se remonta a unos cuantos millones de años atrás, donde restos de organismo, específicamente de plantas, fueron descompuestos y depositados en el fondo del mar. Allí en función de transformaciones químicas (reacciones químicas), llevadas a cabo por microorganismos durante millones de años, se formó el llamado “oro negro” (petróleo). La gasolina, el gasoil, el querosén, el propano, el metano y el butano son algunos de los combustibles fósiles que permiten el desarrollo de productos de la petroquímica.

Esta industria también posibilita la producción de fertilizantes, pesticidas y herbicidas, la obtención de asfalto y fibras sintéticas, y la fabricación de distintos plásticos. Los guantes, los borradores y las pinturas, entre muchos otros artículos de uso cotidiano, forman parte de la producción petroquímica. La combinación entre los petroquímicos básicos y distintos insumos químicos permite obtener petroquímicos intermedios como las resinas en base al metanol (utilizadas para la fabricación de gomas, plásticos, detergentes y lubricantes), los poliuretanos (empleados en la fabricación de chones y plásticos) y los acetaldehidos (que derivan en perfumes, saborizantes y otros).

La industria petroquímica exige importantes medidas de seguridad para evitar daños ambientales ya que sus procesos son potencialmente contaminantes y de alto impacto medioambiental.

Hoy en día para su extracción se invierten millones de pesos; se le llama “oro negro” por el valor que tiene en el mercado, es muy preciado y es esencial para el desarrollo de diversas actividades. Lamentablemente el petróleo, al igual que el agua, es un recurso no renovable, es decir, se formó con la propia dinámica de la tierra y podría terminarse.

Los procesos para la obtención de los productos petroquímicos se llevan a cabo en refinerías e implican cambios físicos y químicos de los hidrocarburos. El proceso básico, que divide al petróleo y al gas natural en diversos compuestos más ligeros, se conoce como cracking (se desdoblan las moléculas).

Balanceo por método algebraico

La materia se transforma constantemente a nuestro alrededor sin que exista una pérdida en la masa. Es por ello que al estudiar las reacciones químicas es necesario balancear o igualar la cantidad de átomos de los reactantes y productos involucrados en la misma.

El balanceo por método algebraico consiste en asignar literales o letras a las especies químicas involucradas en una determinada reacción a fin de obtener un sistema de ecuaciones, cuya resolución permite hallar los valores de los coeficientes estequiométricos.

PARTES DE UNA REACCIÓN

¿Por qué se deben balancear las reacciones químicas?

Las reacciones químicas se deben balancear para cumplir con la ley de la conservación de la masa, cuyo postulado indica que durante un cambio químico la masa es constante. Esto significa que cuando ocurre una reacción química la masa de los productos obtenidos será igual a la de los reactantes.

Pasos para balancear una reacción por método algebraico

  1. Asignar letras a cada uno de los reactantes y productos involucrados en las reacciones, además, se debe considerar la flecha como una igualdad.
  2. Plantear una ecuación para cada elemento químico de la reacción.
  3. Asignar un valor al elemento más repetido en las ecuaciones.
  4. Resolver las ecuaciones.

Ejemplo: balancear por el método algebraico la siguiente ecuación.

Paso 1: asignar letras a los reactantes y productos de la reacción.


Paso 2: plantear ecuaciones para cada una de las especies químicas involucradas.


Paso 3: asignar un valor a la letra que más se repite en las ecuaciones, en este caso C.

Paso 4: hallar el valor de A.

Paso 5: hallar el valor de C.

Paso 6: escribir la ecuación balanceada.

Reacción ácido-base

Una reacción-ácido base se puede observar en la vida cotidiana, como es el caso de los antiácidos que son usados para tratar la acidez en algunas personas. Su principio es sencillo, comúnmente son compuestos básicos que sirven para neutralizar la acidez de los jugos gástrico, por esta razón las reacciones ácido-base son conocidas también como reacciones de neutralización.

Conceptos básicos

  • Reacción química

Proceso en el cual una o varias sustancias (denominadas reactivos o reactantes) sufren una transformación en su estructura molecular y en los enlaces, de manera que originan otras sustancias diferentes o productos.

  • Ácido

Compuesto químico que al disolverse en agua origina un incremento en la concentración de los iones de hidrógeno.

El fisicoquímico Gilbert N. Lewis, por su parte, lo define de manera más amplia como aquella especie química capaz de aceptar un par de electrones de otra especie.

Los ácidos tienen un sabor es agrio, un ejemplo es el jugo de limón que contiene ácido cítrico, de hecho, la palabra ácido proviene del término latino acidus que significa “ágrio”.

El vinagre es un tipo de ácido usado en la cocina y se denomina ácido acético.
  • Base

A lo largo de la historia se han realizado numerosos esfuerzos para definir a estos compuestos. Una de las definiciones más recientes es la de Lewis, que lo describe como aquella sustancia capaz de donar un par de electrones.

Las bases son resbalosas al tacto y su sabor es amargo, un ejemplo se observa en el jabón que es un tipo de base.

Las bases son solubles en el agua.

Reacciones ácido-base

De la misma forma en la que se han planteado diferentes definiciones para los ácidos y para las bases con el paso del tiempo, también han surgido descripciones alternativas para las reacciones de ácido-base. Uno de los primeros en estudiar a este tipo de reacciones fue el químico sueco Svante Arrhenius, quién sostenía que eran reacciones en las que los ácidos formaban cationes de hidrógeno H+ (que luego se demostró que no existen de forma aislada sino en la forma de H3O+ o ión hidronio) y las bases formaban aniones OH.

Definición según Svante Arrhenius

Es aquella reacción química producida entre un ácido y una base para formar una sal y agua.

Cumple la siguiente forma: Ácido+ + base-→ sal + agua

Por ejemplo: HCl + NaOH → NaCl +H2O

Aunque la definición de Arrhenius era sencilla, tenía sus limitaciones, por ejemplo se cumplía solamente en una solución acuosa. Por esta razón, los científicos Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry plantearon una definición en función de la capacidad que tienen las bases de aceptar protones y los ácidos de cederlos, desde este punto de vista se consideran tanto al concepto planteado por Arrehnius como a las reacciones de ácido-base en soluciones no acuosas.

El planteamiento Brønsted-Lowry no se limita a un medio acuso pero se enfoca únicamente a los ácidos que contienen hidrógeno.
Definición según Johannes Nicolaus Brønsted y Thomas Martin Lowry

Reacción química en la que la que se elimina un catión hidrógeno del ácido el cual se adiciona posteriormente a la base.

Como fórmula general se tiene: AH + B → base conjugada + ácido conjugado

Dónde:

AH = ácido B = base

Base conjugada: ión o molécula que resulta del ácido y cede el protón.

Ácido conjugado: ión o molécula resultante de la base que gana el protón.

Por ejemplo: CH3COOH(ácido) + H2O(base)→ CH3COO(base conjugada) + H3O+(ácido conjugado)

 

El agua (H2O) es una sustancia anfótera, es decir, puede comportarse como ácido o como base según el caso.

Posteriormente, el fisicoquímico estadounidense Gilbert N. Lewis no se fundamentó ni en la ionización en un medio acuoso planteada por Arrhenius ni en la transferencia de protones de Brønsted-Lowry, sino que por su parte analizó la transferencia de electrones que se produce en las reacciones de ácido-base. En este sentido, se define a la base como el compuesto capaz de donar un par electrónico y al ácido como el compuesto capaz de recibirlo. A través de este planteamiento se pudieron incluir sustancias que anteriormente no se consideraban en las definiciones anteriores.

Todas las sustancias catalogadas como ácidos en el planteamiento Brønsted-Lowry también son ácidos para Lewis ya que aceptan el par electrónico.
Definición según Lewis

Reacción química que se produce como producto de la donación del par electrónico de la base al ácido. El resultado es un enlace covalente entre los dos compuestos.

Tiene por fórmula general: A + :B → A—B+

Dónde:

A = ácido de Lewis

B = base de Lewis

A-—B+ = compuesto resultante

Por ejemplo: AlCl3 (ácido) + :NH3 (base)→ [Al(NH3)Cl3]

Según la definición de Lewis, la molécula de amoníaco cede su par de electrones sobrante al ácido para producir con este un enlace covalente.

El pH

Permite indicar el grado de acidez o basicidad de soluciones acuosas, sus siglas provienen del fránces pouvoir hydrogène que significa “poder del hidrógeno” debido a que mide la concentración de iones de hidrógeno en dichas disoluciones.

Las sustancias con pH menor a 7 se consideran ácidas, por el contrario de las que tienen un pH superior a 7 que son consideradas como alcalinas.

Las disoluciones se consideran neutras cuando su pH es igual a 7 como es el caso del agua.