TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA Y PROCESOS TECNOLÓGICOS SUSTENTABLES

1. Propiedades físicas y químicas de la materia.

Propiedades físicas y químicas de la materia

Por definición, se denomina materia a todo aquello que tiene masa y existe en el espacio, siendo perceptible su presencia a través de los sentidos. Es por esto que todos los cuerpos conocidos constituyen materia, y por lo tanto existe una multiplicidad casi infinita de tamaños, formas, texturas y colores.

Entre todas estas distinciones, tal vez la de mayor notoriedad sea la diferencia entre los estados en los que puede aparecer la materia, pudiendo venir en forma sólida, líquida o gaseosa. La combinación entre los átomos es lo que forma las moléculas, que precisamente son el elemento que se combina formando la materia.

Se llama propiedades de la materia a sus características específicas. Algunas de estas características son comunes a todas las formas de la materia y por eso se las reconoce como propiedades generales. Otras difieren según el grupo y se conocen como propiedades particulares.Algunas, también, son diferentes incluso dentro del mismo grupo para cada una de las sustancias que forman parte de él, considerándose propiedades específicas. Sin embargo, existe otra clasificación fundamental respecto a las propiedades de la materia, ligadas al tipo de característica que cada una de ellas viene a diferenciar. Es la que divide a las propiedades entre las físicas y las químicas.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de la materia son observadas o medidas, sin requerir ningún conocimiento de la reactividad o del comportamiento químico de la sustancia, sin la alteración de su composición o de su naturaleza química.

Los cambios en las propiedades físicas de un sistema describen sus transformaciones y su evolución temporal entre estados instantáneos. Existen algunas características que no se puede determinar en forma clara si corresponden a propiedades o no, como el color: puede ser visto y medido, pero lo que cada persona percibe es una interpretación particular.

A estas propiedades basadas en hechos físicos reales pero sujetos a aspectos secundarios se las llama supervenientes. Excluyéndolas, la siguiente lista expone algunos ejemplos de propiedades físicas de la materia.

• Textura: Capacidad determinada por medio del tacto, que expresa la disposición en el espacio de las partículas del cuerpo.
• Elasticidad: Capacidad de los cuerpos para deformarse al aplicarse una fuerza, y luego recuperar su forma original.
• Punto de fusión: Punto de temperatura al que, luego de descender de él, el cuerpo pasa del estado líquido al sólido.
• Punto de ebullición: Punto de temperatura al que, una vez superado, el cuerpo pasa del estado líquido al gaseoso.
• Fragilidad: Propiedad de ciertos cuerpos de romperse sin que se deforme previamente.
• Dureza: Resistencia que opone un material al ser rayado.
• Conductibilidad: Propiedad de algunas sustancias para conducir electricidad y calor.
• Ductilidad: Propiedad de los materiales que se pueden hacer hilos y alambres.
• Temperatura: Medida de grado de agitación térmica de las partículas del cuerpo.
• Solubilidad: Capacidad que tienen las sustancias de disolverse.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas de la materia son las que hacen al cambio de composición de la materia. La exposición de cualquier materia a una serie de reactivos o de condiciones particulares puede reaccionar y cambiar su estructura. Estos cambios podrán ser de mayor o menor peligro, y una gran cantidad de ensayos de laboratorio se hacen para prevenir eventuales transformaciones ligadas a esto.

A continuación se ejemplifican y explican algunos ejemplos de propiedades químicas de la materia:

• pH: Propiedad química que sirve para medir la acidez de una sustancia o disolución.
• Estado de oxidación: Grado por el que un átomo se oxida.
• Poder calorífico: Cantidad de energía que se desprende al producirse una reacción química.
• Estabilidad química: Capacidad de una sustancia de evitar reaccionar con otras.
• Alcalinidad: Capacidad de una sustancia para neutralizar ácidos.
• Corrosividad: Grado de corrosión que puede ocasionar una sustancia.
• Inflamabilidad: Capacidad de una sustancia de iniciar una combustión al aplicársele calor a suficiente temperatura.
• Reactividad: Capacidad de una sustancia para reaccionar en presencia de otras.
• Combustión: La oxidación rápida, que se produce con desprendimiento de calor y de luz.
• Potencial de ionización: Energía necesaria para separar a un electrón de un átomo.

2. Fenómenos físicos y químicos en la Madre Tierra. La física y la química.

Los fenómenos físicos y químicos que suceden a nuestro alrededor han sido motivo de interés desde épocas muy pasadas, e importantes civilizaciones como la de los egipcios, la de los chinos y sobre todo la de los antiguos griegos pusieron especial atención en ellos, a fin de describirlos y de interpretarlos.

La diferencia entre los fenómenos físicos y los químicos radica en determinar si existe o no cambio en la naturaleza o propiedades características de los elementos involucrados:

• En los fenómenos físicos no se producen cambios en la composición de las sustancias, las moléculas no varían.
• En los fenómenos químicos sí se dan cambios y eventualmente aparecen nuevas sustancias.

Además, en los fenómenos físicos las sustancias por lo general pueden volver a su estado original, en tanto que esto no es lo común en los fenómenos de tipo químico.

Fenómenos peligrosos

Muchos fenómenos físicos naturales resultan devastadores para los seres humanos y las sociedades en general, y a menudo los países deben disponer de complejos sistemas de socorro para ayudar a las víctimas de desastres naturales.

A la vez que deben gastar muchos recursos materiales para que ciudades enteras se recuperen de los daños provocados por eventos naturales como terremotos, inundaciones o tsunamis.

También algunos fenómenos químicos de repente se convierten en catástrofes naturales: los incendios forestales son un claro ejemplo de ello.

Beneficios

Los fenómenos químicos, por otro lado, han permitido desarrollar una amplia gama de productos que el ser humano utiliza de diferentes formas.

La obtención de bebidas alcohólicas a partir de frutas o granos y de quesos se basa en el proceso químico de fermentación. Antes de que existiera la fotografía digital, las fotos se obtenían por un proceso que implicaba el uso de una sal de plata.

La luz procedente del espacio y la que se refleja en los cuerpos era dirigida a través del conjunto de lentes e incidía sobre una película fotográfica. La energía de los fotones provocaba una reacción química en esa sal de plata (bromuro o ioduro).

Muchos fenómenos físicos también son la base del funcionamiento de una cantidad de instrumentos o máquinas que hacen más sencilla la vida de las personas.

Pensemos en las palancas, las poleas, los aparejos y demás sistemas mecánicos, que han significado y aún hoy significan una enorme ayuda para mover objetos pesados, por ejemplo.

O en todos los instrumentos ópticos de los que hoy disponemos, desde los simples anteojos y lupas hasta aquellos más complejos, como microscopios y telescopios, que permiten ver objetos muy pequeños o muy lejanos, respectivamente, con enorme detalle.

Todos ellos aprovechan fenómenos físicos como la difracción, la reflexión o la refracción de la luz.

Ejemplos de fenómenos físicos y químicos cotidianos

Se dan a continuación algunos ejemplos de fenómenos físicos o químicos.

• Corrosión de metales
• Digestión de alimentos en el cuerpo humano
• Rayos
• Manzana que cae del árbol
• Granizo
• Leudado del pan
• Preparación de una infusión
• Erupciones volcánicas
• Purificadores de agua
• Salinización de suelos
• Incendios
• Condensación de agua sobre una ventana
• Preparación de cubitos de hielo a partir de agua
• Funcionamiento de una pila
• Baterías de auto
• Escabeches
• Mermeladas
• Conservación de aceitunas en salmuera
• Fotosíntesis
• Respiración

3. Reacciones químicas en la vida cotidiana (oxidación, combustión, precipitación, neutralización) y procesos de contaminación ambiental.

La química ocurre a toda hora en el mundo donde vivimos y nos solo dentro de un laboratorio. La materia interactúa continuamente para formar nuevos productos mediante un proceso denominado reacción química o cambio químico. Cada vez que cocinamos o cuando limpiamos, se produce química en acción. Nuestro cuerpo se desarrolla y crece gracias a las reacciones químicas en acción. Nuestro cuerpo se desarrolla y crece gracias a las reacciones químicas. Existen reacciones cuando consumimos medicamentos, cuando encendemos un fosforo y hasta cuando respiramos.

A continuación, veremos ejemplos de reacciones químicas en la vida del día a día.

1.- La fotosíntesis es una reacción para hacer comida

Las plantas utilizan una reacción química denominada fotosíntesis, para poder convertir el dióxido de carbono y el agua en alimentos (glucosa) y oxígeno. Esta es sin duda, una de las reacciones químicas mas comunes y una de las más importantes, debido a que de esa forma las plantas pueden producir alimentos para ellos, para los animales y además convierten el dióxido de carbono en oxígeno.

2.- La respiración aeróbica celular es una reacción con el oxigeno

La respiración celular aeróbica se trata de un proceso contrario a la fotosíntesis, debido a que las moléculas de energía son combinadas con el oxigeno que respiramos, para poder liberar la energía que requieren nuestras células, más dióxido de carbono y agua. La energía que utilizan las células, es la energía química en forma de ATP.

Aquí está la ecuación general para la respiración celular aeróbica:

3.- Respiración anaeróbica

En la respiración anaeróbica se generan un conjunto de reacciones químicas, las cuales permiten que las diferentes células tengan energía de moléculas complejas sin oxígeno.

Las células musculares ejercen la respiración anaeróbica cada vez que agotan el oxigeno que se les brinda, como por ejemplo durante un ejercicio prolongado o intenso. La respiración anaeróbica generada por levaduras y bacterias son aprovechadas para la fermentación para poder producir etanol, dióxido de carbono y diferentes productos químicos que producen vino, queso, cerveza, yogurt, pan y otros tipos de productos comunes.

La ecuación química general para una forma de respiración anaeróbica es:

4.- La combustión es un tipo de reacción química

Cada vez que encedemos un fósforo, una parrilla, una vela o simplemente fuego, estamos viendo una reacción de combustión. La combustión combina las moléculas energéticas con oxigeno para poder producir dióxido de carbono y agua.

Por ejemplo, la reacción de combustión del propano, que se encuentra en las parrillas de gas y en algunas chimeneas, es:

 5.- El óxido es una reacción química común

Con el paso del tiempo, el hierro desarrolla una capa rojiza escamosa denominada oxido este es un claro ejemplo de reacción de oxidación. Otros de los ejemplos pueden incluir la formación de verdicis en el cobre y el deslustre de la plata.

Aquí está la ecuación química para la oxidación del hierro:

6.- Mezcla de productos químicos causa reacciones químicas

Si combinamos vinagre y bicarbonato de sodio para poder obtener un volcán químico o leche mas polvo para hornear en una receta, podremos ver una reacción de doble desplazamiento o metátesis. Los ingredientes son recombinados para poder producir dióxido de carbono, gas y agua. El dióxido de carbono forma burbujas en el volcán, ayudando a aumentar los productos horneados.

Estas reacciones parecen simples en la práctica, pero a menudo consisten en varios pasos. Aquí está la ecuación química general para la reacción entre el bicarbonato de sodio y el vinagre:

7.- Las baterías son ejemplos de electroquímica

Las baterías utilizan las reacciones electroquímicas para poder convertir a la energía química en energía eléctrica. Todas las reacciones electroquímicas espontaneas se producen dentro de las células galvánicas, mientras que las reacciones químicas que no son espontaneas son generadas en las células electrolíticas.

 8.- Digestión

Muchas de las reacciones químicas se generan durante la digestión. Desde el mismo momento que se coloca la comida en la boca, una enzima en la saliva denominada amilasa, la cual comienza a descomponer todos los azucares y otros carbohidratos en formas mas simples para que nuestro cuerpo pueda absorberla. El acido clorhídrico en el estomago reaccionan con los alimentos para poder descomponerlos, mientras que las enzimas escinden a las proteínas y a las grasas para que puedan ser absorbidas por el torrente sanguíneo mediante las paredes d ellos intestinos.

 9.- Reacciones acido - base

Cada vez que se combina un acido como puede ser vinagre, jugo de limón, acido sulfúrico, ácido muriático con una base, como es el bicarbonato de sodio, jabón, amoniaco o acetona, se está realizando una reacción acido – base. Este tipo de reacciones neutralizan al acido y la base para poder producir sal y agua.

El cloruro de sodio no es la única sal que tiene la capacidad de formarse. Por ejemplo, a continuación, veremos una ecuación química, la cual es para una reacción acido – base, la cual produce cloruro de potasio, un sustituto común de la sal de mesa:

10.- Jabones y detergentes

Los jabones y detergentes se limpian a través de reacciones químicas. El habón emulsiona la mugre, esto significa que las manchas de grasas unen al jabón para que puedan ser eliminadas con agua. Los detergentes actúan como surfactantes, ayudando a disminuir la tensión superficial del agua para que pueda interactuar con los aceites para aislarlos y enjuagarlos.