Desarrollo histórico de la química

La química es una ciencia que estudia la materia y los cambios que ocurren en ella. Aunque su origen es antiguo, se la considera una ciencia moderna, activa y en evolución. Su desarrollo histórico ha estado asociado al descubrimiento, manejo y transformación de los recursos naturales que el hombre disponía.

raíces prehistóricas

Desde su inicio, el ser humano aprendió a modificar los materiales de la naturaleza, lo que constituye el principio de la química. El descubrimiento del fuego fue, sin lugar a dudas, el más importante de la época; gracias a este el hombre primitivo logró cocinar sus alimentos, mantenerse caliente, elaborar moldes de arcilla y modelar algunos metales como el cobre y el estaño.

Con el descubrimiento del fuego, nuestros ancestros hicieron un importante progreso en la transformación de materiales.

Primeras civilizaciones

En la Edad Antigua, el conocimiento que tenía el ser humano sobre los materiales logró el desarrollo de grandes civilizaciones como la persa, la mesopotámica, la griega, la egipcia y la romana. Algunas técnicas dominadas para entonces eran el manejo del vidrio y de metales como el oro, la plata y el hierro; también hacían perfumes, barnices, jabones, medicamentos, vino y muchos otros productos.

¿Cómo se compone la materia?

En el siglo VI a. C. los griegos intentaron dar una explicación a cómo se componía la materia. Las primeras teorías propuestas por los filósofos fueron las siguientes:

  • Para Aristóteles (384-322 a C.) la materia estaba formada por cuatro elementos: agua, tierra, fuego y aire.
  • Según Tales de Mileto (624-546 a. C.) la sustancia básica era el agua, pues sin agua no hay vida.
  • Leucipo (siglo V a. C.) y su discípulo Demócrito (siglo IV a. C.) expusieron que la materia se dividía hasta llegar a una partícula indivisible que denominaron “átomo“.

¿Sabías qué?
La palabra “átomo” proviene del griego átomon: a que significa “sin” y tomon que significa “división”.
Estatua de bronce de Aristóteles en Alemania. Su teoría de los cuatro elementos (más tarde llamada cinco elementos al añadir el éter) fue aceptada por más de un milenio en Occidente.

La alquimia

El dominio técnico de la civilización egipcia combinado con las teorías filosóficas de los griegos dio paso a la alquimia: práctica que buscaba comprender la naturaleza y encontrar la perfección, lo cual se materializaba en el oro. Por dicha razón, los alquimistas se dedicaron a manipular metales y sustancias con el fin de hallar la piedra filosofal, la cual se creía era un compuesto mágico que convertía metales en oro y concedía la eterna juventud.

La alquimia fusionó la técnica, el misticismo, la astrología, la filosofía, la superstición y la magia. Por este camino se desarrollaron y perfeccionaron métodos como el baño de María, la destilación, la sublimación, la calcinación y la metalurgia; e instrumentos como el alambique y la balanza.

El oro era el material perfecto para los alquimistas.

Jabir ibn Hayyan

El árabe Jabir ibn Hayyan tuvo importantes avances en el alquimia, al punto de ser considerado por algunos expertos como el padre de la alquimia y fundador de la química. Él clasificó las sustancias en espíritus, metales y cuerpo sólidos. Los espíritus eran sustancias volátiles como el alcohol, mientras que los cuerpos sólidos eran no volátiles.

La química moderna

Ya para el siglo XVIII, la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles no era suficiente para comprender cómo se componía la materia, pues los avances en el estudio de los gases certificaron que el aire no era un elemento, sino un conjunto de diferente sustancias. En la Edad Moderna inició la química propiamente dichas y los hitos que marcaron este período fueron los siguientes:

George Ernst Stahl

1659-1734

 

Propuso la teoría del flogisto, esta aseguraba que lo cuerpos combustibles tenían una sustancia denominada flogisto que se perdía en el aire al arder el material.

Robert Boyle

1627-1691

 

Realizó importantes avances en el estudio de los gases. Sus teorías y planteamientos lograron comprobarse de forma experimental, razón por la que se le atribuye el método cualitativo.

Joseph Priestley

1733-1804

 

Estudió diversos gases y descubrió que la combustión era posible gracias al oxígeno. Fue el primero en aislar el oxígeno en forma gaseosa y reconocer su importancia para la vida.

Antoine Lavoisier

1743-1794

 

Conocido como el padre de la química moderna gracias a sus estudio sobre la fotosíntesis, la oxidación de los cuerpos, la combustión, el aire, la respiración animal y su ley de la conservación de la masa.

química en la edad contemporánea

A partir del siglo XIX la química se desarrolló con más fuerza. El descubrimiento y síntesis de nuevas sustancias caracterizó esta etapa. Los acontecimientos más relevantes se señalan a continuación:

John Dalton

1766-1844

 

Propuso la primera teoría atómica. Según Dalton la materia estaba formada por átomos indivisibles, indestructibles, de forma esférica e iguales entre sí para un mismo elemento.

Ernest Rutherford

1871-1937

 

Estableció una estructura atómica con partículas más pequeñas, por lo que el átomo dejó de ser indivisible. Este modelo consta de un núcleo cargado positivamente y una zona de partículas con cargas negativas.

Niel Bohr

1885-1962

 

Expuso que el átomo tiene electrones ubicados en órbitas estables alrededor del núcleo. Estos electrones emiten o absorben energía cuando saltan de una órbita a otra.

Dimitri Mendeleiev

1834-1907

 

Organizó los elementos existentes hasta ese momento de acuerdo a sus pesos atómicos en una tabla conocida como “la tabla periódica de los elementos”.

Marie y Pierre Curie

1867-1934, 1859-1906

 

Estudiaron el fenómeno de la radiactividad y descubrieron dos elementos llamados radio y polonio.

James Chadwick

1891-1972

 

Este físico británico logró demostrar la existencia de los neutrones: partículas eléctricamente neutras con una masa similar a la de los protones y ubicadas en el núcleo del átomo.

Francis Crick y James Watson

1916-2004, 1928-actualidad

 

Juntos hicieron uno de los avances más importantes de la bioquímica: resolvieron la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

Configuración electrónica: principios y fundamentos

Las propiedades químicas de todos los elementos dependen de la corteza electrónica de los átomos que lo constituyen. Por esta razón es importante conocer los principios para la distribución de electrones en los diversos niveles y subniveles de energía, cuya representación abreviado se conoce como “configuración electrónica”.

Toda la materia está formada por partículas de pequeño tamaño conocidas como “átomos”.

Estructura del átomo

El átomo es la unidad fundamental de un elemento y, por lo tanto, la unidad constituyente más pequeña de toda la materia. Está formado por partículas más pequeñas o subatómicas llamadas protones, neutrones y electrones.

  • Los protones tienen carga positiva (+).
  • Los neutrones tienen carga neutra (0).
  • Los electrones tienen carga negativa (−).

El átomo consta de un núcleo positivo, donde se encuentran los protones y los neutrones; y una corteza electrónica por donde giran los electrones organizados en órbitas.

Átomo con 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. Los electrones se organizan en distintos niveles de energía; en el primero (n = 1) hay 2 electrones y en el segundo (n = 2) hay 4 electrones.

¿Qué son los niveles de energía?

Son las capas en los que se reparten los electrones de un átomo. Mientras mayor sea el valor del nivel de energía (n = 1, 2, 3, …), mayor será la distancia entre el electrón en el orbital de un átomo y el núcleo; por lo tanto, el orbital es de mayor tamaño. Así, los orbitales del nivel de energía 3 (n = 3) son más grandes que los orbitales del nivel de energía 2 (n = 2).

orbitales atómicos

Los orbitales atómicos son regiones en las que hay alta probabilidad de hallar un electrón y poseen una determinado nivel de energía. Si bien los distintos tipos de orbitales no tienen forma definida es posible imaginar una forma particular de acuerdo a la distancia entre el núcleo del átomo y la posible localización del electrón. Según su forma, los orbitales se nombran con las letras s, p, d, f, …

Orbitales s

Se caracteriza por tener una forma esférica que aumenta de tamaño al aumentar el nivel de energía.

Los orbitales s tienen capacidad para 2 electrones.

orbital 1s orbital 2s orbital 3s

Orbitales p

Podemos imaginar a los orbitales p como dos lóbulos ubicados uno del lado opuesto del otro. Existen tres tipos de orbitales p: px, py y pz, cuyos subíndices representan los ejes sobre los cuales se orientan los orbitales.

Los orbitales p tienen capacidad para 6 electrones, 2 electrones por cada orientación.

orbital py orbital px orbital pz

Orbitales d y otros de mayor energía

Estos orbitales tienen forma de lóbulos en cinco orientaciones diferentes. Los orbitales con mayor energía que los orbitales d se representan con las letras f, g, h, …

Los orbitales d tienen capacidad para 10 electrones, 2 electrones por cada orientación.

orbital dz2 orbital dxz orbital dxy

 

orbital dyz orbital dx2-y2

Cabe destacar que a medida que aumenta el nivel de energía también aumenta la capacidad de contener orbitales, por ejemplo, en n = 1 solo encontramos orbitales s, en n = 2 orbitales s y p, y en n = 3 orbitales s, p y d, y así sucesivamente. A manera de resumen podemos organizar esta información en una tabla como la siguiente:

Nivel de energía Orbitales Capacidad electrónica del orbital Capacidad electrónica del nivel
1 s 2 2
2 s 2 8
p 6
3 s 2 18
p 6
d 10
4 s 2 32
p 6
d 10
f 14
La forma en la que se organizan los electrones alrededor del núcleo atómico determina el tipo de enlace en las sustancias y sus propiedades químicas.

Configuración electrónica

La información dada en la tabla anterior puede ilustrarse gráficamente en un esquema conocido como “regla Möller”, “regla de las diagonales” o “método de la lluvia”. Este se utiliza en el llenado de arriba hacia abajo de los subniveles de un átomo en la dirección y sentido que señalan las flechas.

Regla de Moeller para escribir la configuración electrónica del átomo de un elemento.

Recordemos que el número de electrones de un átomo en su estado fundamental es igual a su número atómico (Z). Así, la configuración electrónica del átomo de hidrógeno (Z = 1) en estado fundamental es 1s1, donde:

Por lo tanto, podemos decir que el electrón del átomo de hidrógeno está en un orbital s del nivel de energía 1. La expresión 1s1 se lee “uno ese uno”.

¿Sabías qué?
El estado fundamental, también llamado “estado basal”, es el estado de menor energía en el que se puede encontrar un átomo.

¿Cómo escribir la configuración electrónica de un átomo?

  • Litio (Li)

El número atómico (Z) del Li es 3, por lo tanto, el átomo de Li tiene 3 electrones en su estado fundamental. Para escribir su configuración electrónica empezamos a contar desde el primer nivel de energía hasta llegar a los 3 electrones.

Empezamos con 1s2 y seguimos hasta llegar a 2s, orbital en el que caben 2 electrones. Como solo falta un electrón para llegar a 3, escribimos la designación del orbital con un solo electrón, es decir, 2s1.

 

Configuración electrónica de Li → 1s2 2s1


  • Carbono (C)

Como el número atómico (Z) de C es 6, los electrones de este átomo son 6. Así que contamos de forma progresiva en el diagrama hasta llegar a 6 electrones.

Si iniciamos con 1s2 y luego pasamos por 2s2 ya tenemos 4 electrones. Como faltan 2 electrones seguimos hasta 2p y escribimos la designación del orbital con 2 electrones: 2p2.

 

Configuración electrónica de C → 1s2 2s2 2p2


  • Magnesio (Mg)

El número atómico (Z) del Mg es 12, por lo que debemos repetir el mismo procedimiento de los ejemplos anteriores hasta llegar a 12 electrones.

Tras llenar los primeros 10 electrones hasta el 2p6, seguimos con 3s2 y de ese modo ya se tienen los 12 electrones correspondientes al átomo en su estado fundamental.

 

Configuración electrónica de Mg → 1s2 2s2 2p6 3s2

Configuración electrónica de los primero 15 elementos de la tabla periódica

Elemento Símbolo Número atómico (Z) Número de electrones en estado fundamental Configuración electrónica
Hidrógeno H 1 1 1s1
Helio He 2 2 1s2
Litio Li 3 3 1s2 2s1
Berilio Be 4 4 1s2 2s2
Boro B 5 5 1s2 2s2 2p1
Carbono C 6 6 1s2 2s2 2p2
Nitrógeno N 7 7 1s2 2s2 2p3
Oxígeno O 8 8 1s2 2s2 2p4
Flúor F 9 9 1s2 2s2 2p5
Neón Ne 10 10 1s2 2s2 2p6
Sodio Na 11 11 1s2 2s2 2p6 3s1
Magnesio Mg 12 12 1s2 2s2 2p6 3s2
Aluminio Al 13 13 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Silicio Si 14 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
Fósforo P 15 15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

Diagrama de orbitales

Los diagramas de orbitales son otra forma de mostrar la configuración electrónica, el cual plasma de forma más precisa la posición del espín del electrón. Los posibles giros de un electrón son dos y se representan con flechas: una hacia arriba y otra hacia abajo. Cada caja representa un orbital. Por ejemplo:

H →  He → 

¿Sabías qué?
El espín, o momento angular de rotación del electrón, está relacionado con los dos movimientos de giros que puede tener el electrón, los cuales se representan con flechas.

Regla para la distribución de los electrones

  • Principio de exclusión de Pauli

“Un orbital no puede tener más de dos electrones, cuyos espines deben tener valores opuestos, es decir, una flecha hacia arriba y otra hacia abajo”.

Observa las tres posibles maneras de organizar los 2 electrones en el orbital 1s del helio (He). Solo el diagrama c) cumple con el principio de exclusión de Pauli.

a) b) c)
He →
Incorrecto Incorrecto Correcto
  • Principio de máxima multiplicidad de carga o regla de Hund

“La distribución electrónica más estable es aquella que tiene la mayor cantidad de espines paralelos o no apareados”.

Observa los distintos diagramas de orbitales en los que se muestra la distribución de electrones del átomo de carbono (C). Aunque los tres cumple con el principio de exclusión de Pauli solo el diagrama c) cumple con la regla de Hund y por lo tanto es el adecuado.

a) C →  Incorrecto
b) C →  Incorrecto
c) C →  Correcto

Nota que se dibujan tres cajas para los orbitales p porque estos tienen tres orientaciones diferentes (px, py y pz) en las cuales caben 2 electrones respectivamente.

  • Principio de Aufbau

“Mientras se añaden protones al núcleo del átomo de uno en uno, los electrones se suman de la misma forma en los orbitales atómicos”.

Por ejemplo, el tercer electrón del átomo de litio (Li) no puede acomodarse en el orbital 1s, así que se coloca en el siguiente orbital de menor nivel de energía, el 2s.

He → 

Li → 

Con excepción del hidrógeno y del helio, la configuración electrónica de todos los elementos puede ser representada por un kérnel de gas noble, el cual muestra entre corchetes el símbolo del gas noble que antecede a un elemento. Ejemplo:

Símbolo de elemento Número atómico (Z) Configuración electrónica
H 1 1s1
He 2 1s2
Li 3 [He]2s1
Be 4 [He]2s2
B 5 [He]2s2 2p1
C 6 [He]2s2 2p2
N 7 [He]2s2 2p3
O 8 [He]2s2 2p4
F 9 [He]2s2 2p5
Ne 10 [He]2s2 2p6
Na 11 [Ne]3s1
Mg 12 [Ne]3s2
Al 13 [Ne]3s2 3p1
Si 14 [Ne]3s2 3p2
P 15 [Ne]3s2 3p3
¿Sabías qué?
Los electrones más externos que se ubican luego del kérnel del gas noble son llamados “electrones de valencia”.

¡a practicar!

Escribe la configuración electrónica de los siguientes elementos en su estado fundamental. En cada caso, realiza el diagrama de orbitales.

a) Calcio

b) Hierro

c) Zinc

d) Bromo

Respuestas

a) Calcio

 

  • Símbolo: Ca
  • Número atómico (Z): 20
  • Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 → [Ar]4s2
  • Diagrama de orbitales:

b) Hierro

 

  • Símbolo: Fe
  • Número atómico (Z): 26
  • Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 → [Ar]4s2 3d6
  • Diagrama orbitales: 

c) Zinc

 

  • Símbolo: Zn
  • Número atómico (Z): 30
  • Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 → [Ar]4s2 3d10
  • Diagrama de orbitales: 

d) Bromo

 

  • Símbolo: Br
  • Número atómico (Z): 35
  • Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 → [Ar]4s2 3d10 4p5
  • Diagrama de orbitales:

 

CAPÍTULO 9 / EJERCICIOS

Impacto ambiental y catástrofes naturales

Impacto sobre la biÓsfera

1. Visualiza cada una de las imágenes y describe el impacto que trae a la biósfera.

 

 

 

 

 

2. Describe cómo se genera la lluvia ácida y cómo afecta la biósfera.

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Impactos en la trama trófica

1. Investiga y define cada uno de los siguientes términos.

a) Erosión:

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b) Acidificación:

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c) Deforestación:

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d) Red trófica:

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2. ¿Qué ocurre cuando desparece un eslabón de la cadena trófica? Describe a través de un ejemplo.

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DesastreS naturales e inducidos

1. ¿Cuál es la diferencia entre un desastre natural y un fenómeno natural.

Desastre natural Fenómeno natural
 

 

 

 

 

 

 

2. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

a) El suelo de la Tierra está conformado por varias extensiones de terreno denominadas placas marinas. (  )

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b) Cuando ocurre un terremoto es liberada energía acumulada en las placas tectónicas. (  )

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c) Los huracanes, los tusnamis, los ciclones y los terremotos hacen referencia al mismo tipo de fenómeno meteorológico, en el que una gran tormenta gira en círculos y supera los 118 km/h. (  )

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e) Los tsunamis también son conocidos como mangas de agua. (  )

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f) Las sequías son fenómenos meteorológicos caracterizados por la escasez o la ausencia de lluvias.(  )

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3. Indica 5 consecuencias de los desastres naturales

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Movimiento de las masas terrestres

1.- ¿Cuál es la diferencia entre los bordes convergentes, divergentes y transformantes?

Bordes convergentes Bordes divergentes Bordes transformantes
 

 

 

 

 

 

 

 

2. ¿Cuáles han sido los terremotos más devastadores? Indica 3 ejemplos. 

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3. ¿Qué medidas de seguridad se deben tomar en caso de un terremoto?

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4. Marca con una cruz las opciones correctas.

Para que se produzca un tsunami:

(  ) El epicentro del sismo o gran parte del área de ruptura se debe encontrar sumergida y a una profundidad menor a los 60 km.

(  ) El epicentro del sismo o gran parte del área de ruptura se debe encontrar sumergida y a una profundidad cercana a los 1.000 km

(  ) Debe ocurrir en una zona de hundimiento de borde de placas tectónicas.

(  ) Deben ocurrir sismos sucesivos.

(  ) El sismo debe liberar una cantidad de energía enorme en cierto rango de tiempo.

TEMPERATURA AMBIENTAL

1. Marca con una cruz los gases que contribuyen con el efecto invernadero.

(  ) Vapor de agua

(  ) Helio

(  ) Argón

(  ) Neón

(  ) Ozono

(  ) Metano

(  ) Oxígeno

(  ) Óxidos de nitrógeno

(  ) Clorofluorocarbonos

2. Describe el proceso a través del cual ocurre el efecto invernadero.

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3. Investiga 5 acciones con las que puedes contribuir para frenar el calentamiento global. 

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Evidencias de la degradación de la capa de ozono

1. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

a) El ozono es un gas de color azul conformado por tres átomos de hidrógeno. (  )

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b) La capa de ozono se ubica en la exósfera. (  )

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c) La capa de ozono protege todo nuestro planeta de gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol. (  )

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d) Los agujeros de la capa de ozono son zonas donde el ozono está reducida de manera anormal. (  )

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e) Los clorofluorocarbonados están compuestos por cloro, flúor y nitrógeno. (  )

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f) Los clorofluorocarbonados se prohibieron en el año 2010. (  )

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2. Indica 5 de las consecuencias de la degradación de la capa de ozono.

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CAPÍTULO 9 / TEMA 3

Bosques

Los bosques representan una gran superficie de terreno con una alta densidad de árboles donde habitan muchos animales; además, funcionan como moduladores del flujo de agua y son conservadores del suelo, por lo que también cumplen funciones importantes para el desarrollo de la vida.                                        

IMPORTANCIA DE LOS BOSQUES

1. Regulación del agua

Las grandes copas de los árboles forman una especie de techo que impide que el agua se filtre al subsuelo y se recarguen los acuíferos. De este modo, también evitan la erosión del suelo.

2. Influencia en el clima

Las hojas de la vegetación transpiran el agua que es absorbida por las raíces, de este modo se genera humedad en el ambiente.

Cuando se lleva a cabo una tala masiva el clima se vuelve más seco.

3. Absorción del dióxido de carbono de la atmósfera

Ver infografía

Durante la fotosíntesis, los árboles absorben dióxido de carbono de la atmósfera y devuelven oxígeno. Este proceso tiene especial importancia para minimizar las consecuencias del efecto invernadero, que es producto del exceso de dióxido de carbono que generan muchas actividades del hombre.

4. Reserva de especies

Gracias a los bosques existe una amplia diversidad de especies.

5. Acción depuradora

Muchos contaminantes de la atmósfera y del agua son retenidos y filtrados por los seres vivos que habitan los bosques.

BOSQUES EN AMÉRICA LATINA

Alrededor del 40 % de América Latina está cubierta por bosques y, en particular, por la selva amazónica.

Este territorio representa el 22 % del área forestal mundial y está ubicado en la cuenca del Amazonas, que es la masa continua más grande de los bosques tropicales del mundo.

¿Sabías qué?
La Amazonía abarca 9 países sudamericanos. Es el bosque más grande del mundo, alberga a más de 120 pueblos originarios y una de cada 10 especies de animales y plantas conocidas.
El gran bosque del Chaco

 

Con más de un millón de kilómetros cuadrados, el bosque del Gran Chaco es el segundo ecosistema más grande del continente americano, después de la Amazonía. Se extiende por cuatro países: Argentina, Paraguay, Bolivia y Brasil. Es una de las áreas más ricas de biodiversidad en la Tierra.

A diferencia de las selvas tropicales, los bosques secos existen en áreas con largas estaciones secas. Las dos áreas adyacentes más extensas que permanecen intactas se encuentran en el noreste de Brasil (Caatinga), en el sureste de Bolivia, en el norte de Argentina y en Paraguay. En la mayoría de las otras áreas, estos bosques están fragmentados.

Los bosques tropicales secos también son una fuente importante de leña, plantas medicinales y animales de caza. Además, regulan el ciclo del agua y protegen el suelo de la erosión.

DESTRUCCIÓN DE LOS BOSQUES EN AMÉRICA LATINA

El ecosistema en general sufre una grave deforestación y degradación que causa problemas ambientales como el cambio climático, deslizamientos de tierra y otros problemas que afectan los medios de vida.

Tasa de destrucción

 

La selva tropical de Yungas y el bosque americano del Gran Chaco son dos ecosistemas vecinos. Actualmente, estos bosques presentan una de las tasas de destrucción más rápidas del mundo, la cual se aceleró desde 1996 cuando se comenzaron a cultivar habas de soja genéticamente modificadas en Argentina.

 

Deforestación

Entre las múltiples amenazas a la selva amazónica, la expansión agrícola es la más grande. La cría de ganado representa más del 60 % de la deforestación en la cuenca del Amazonas. Además, la expansión urbana, la minería, la extracción de petróleo, las represas y la producción irresponsable de madera han llevado a una pérdida masiva de tierras forestales.

¿Sabías qué?
Las áreas protegidas establecidas legalmente cubren aproximadamente el 13 % de los bosques del mundo.

Los seres humanos han arrasado con alrededor del 20 % de la selva amazónica en los últimos 40 años, y un 20 % corre el riesgo de ser destruido, una pérdida potencialmente catastrófica que podría hacer que este ecosistema vital se desmorone.

Por su parte, el clima y los suelos fértiles de los bosques tropicales secos de América Latina y el Caribe han sido importantes para los seres humanos como áreas para cultivar desde la época precolombina.

Muchos de los bosques secos han sido talados para el cultivo intensivo y el pastoreo de ganado.

Agricultura intensiva

Las grandes empresas limpian enormes cantidades de tierra, a menudo para pastos de ganado, con la finalidad de llenar el mercado mundial de carne. También usan la tierra para grandes plantaciones, además de pesticidas y sistemas de riego que son muy dañinos para el suelo.

Los productos químicos que utilizan para combatir la plaga también matan a otros animales.

La lluvia arrastra los químicos al sistema de agua, lo que que causa, entre otras cosas, la muerte de la fauna acuática. Además, el uso de sistemas de riego en las plantaciones afecta el balance natural de agua de la tierra, que puede tener otros efectos perjudiciales.

Flora y fauna

Los animales y las plantas que viven en las selvas tropicales se ven muy afectados por la deforestación de los bosques, ya que es probable que al destruir su hábitat no tengan la capacidad de migrar o refugiarse y como consecuencia, mueran.

Lo más preocupante de la destrucción de las regiones boscosas es que muchos de los animales que murieron como resultado de la deforestación aún no se han descubierto. Se estima que más de 130 especies al día se eliminan a nivel mundial a través de la deforestación; estas plantas y animales podrían contener curas para el cáncer u otras enfermedades que nunca se podrán descubrir.

Futuro de los bosques

 

Se han presentado muchas propuestas, como las fuentes de madera sostenibles, pero esto no es suficiente. Organizaciones como Greenpeace hacen un gran esfuerzo por salvar las selvas tropicales, pero crean enemigos, muchos de los cuales son aquellos cuya cooperación es necesaria para ayudar tanto a las selvas como a las personas. Si la deforestación continúa a su ritmo actual, en sólo 100 años no habrá más bosques tropicales.

 

RECURSOS PARA DOCENTES

Infografía “Deforestación y reforestación”

Un método para revertir el daño causado por la deforestación es la reforestación.

VER

Vídeo “Estructura y tipos de ecosistemas”

¿Cómo se define un ecosistema? ¿Cuáles son sus componentes? ¿Cómo se estructura? Las respuestas en el siguiente video.

VER

Artículo “Los ecosistemas”

El siguiente artículo muestra cuáles son las características fundamentales de los ecosistemas y cómo éste es modificado por el hombre.

VER

Artículo “Siete medidas para construir un planeta sostenible”

Conoce con este artículo las medidas que se deben tomar en cuenta para construir un planeta sostenible.

VER

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 gas halón 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 planteado 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.