El Universo a través de la historia

Para nuestros antepasados, el estudio de los cielos era la única manera de conocer la hora del día o la época del año. Y para ellos, elegir el momento apropiado para sembrar y asegurarse una buena cosecha o para salir de caza, era una cuestión de supervivencia.

Los primeros astrónomos reunieron gran cantidad de datos sobre los astros conocidos, pero se limitaron sólo a describirlos. Fueron los sabios de la Antigua Grecia quienes buscaron explicaciones que permitieran conocer su comportamiento en el cielo; una visión que sufrió varias modificaciones hasta nuestros días.

Aristóteles y las esferas de Cristal

El universo conocido por los antiguos estaba formado por los planetas Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, más la Tierra, la Luna, el Sol y las estrellas. En el siglo IV a.C., el sabio griego Aristóteles (384-322 a.C.) propuso que la Tierra se encontraba fija en el centro de una serie de esferas de cristal, cada una de las cuales contenía un planeta, la Luna o el Sol. La esfera más externa; considerada inmóvil, inmutable y perfecta, contenía el fondo fijo de las estrellas. El movimiento de los cuerpos celestes se explicaba por la rotación de las esferas sobre sus propios ejes. Como la Tierra ocupaba un lugar de privilegio en el centro del cosmos, este modelo fue denominado modelo geocéntrico.

Ptolomeo y los epiciclos

El universo geocéntrico dc Aristóteles fue aceptado por todos los sabios que lo sucedieron. Sin embargo, los estudiosos del cielo habían observado que, en cierta época del año, algunos planetas se detenían en su camino por el cielo, parecían retroceder y luego, nuevamente, emprendían su camino hacia adelante (a este movimiento se lo llamó retrógrado). El modelo aristotélico no podía explicar este movimiento y, por lo tanto, debieron buscarse algunas variantes; que se ajustaran mejor a la realidad.

En el siglo II, Claudio Ptolomeo (100-170) reunió la información astronómica de su época y formuló un modelo que mantenía a la Tierra en el centro del cosmos y las esferas materiales por donde se desplazaban los planetas. Pero Ptolomeo agregó un nuevo movimiento a los astros. Cada astro, al mismo tiempo que realizaba su camino alrededor de la Tierra, llamado deferente, gira en un pequeño recorrido circular, llamado epiciclo. Con este modelo podía explicarse mejor el movimiento retrógrado de los planetas. Su modelo se mantuvo vigente durante casi quince siglos.

Copérnico y la revolución astronómica

El canónigo y astrónomo polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) retomó las ideas de algunos sabios griegos y formuló, en 1543, un nuevo sistema del universo con cl sol en el centro del cosmos. La Tierra poseía un movimiento de rotación sobre su eje, y los demás planetas se desplazaban alrededor del Sol, siguiendo caminos circulares sobre las invisibles esferas materiales. Este sistema se denominó modelo heliocéntrico.  Copérnico también recurrió a los epiciclos para que su modelo tuviera mayor precisión.

Tycho Brahe: entre el geocentrismo y el heliocentrismo

Tycho Brahe (1546-1601) fue un astrónomo danés que realizó precisas observaciones sobre las posiciones de los planetas. No aceptaba la hipótesis de Copérnico y propuso un modelo basado en el sistema egipcio.

En este sistema, la Tierra se hallaba en el centro del universo, y la Luna y el Sol giraban alrededor de ella. Pero el resto de los planetas orbitaban alrededor del Sol. Este modelo representaba una situación intermedia entre el geocentrismo y el heliocentrismo. Superaba las objeciones que realizaba la Iglesia (al dejar la Tierra en el centro) y pretendía simplificar el sistema de epiciclos de Ptolomeo.

En 1572, Brahe describió una explosión de supernova en la esfera de las estrellas, lo que derrumbó la idea aristotélica de una esfera "inmutable". En 1577, observó durante varios meses un cometa que, según sus cálculos, atravesaba las órbitas de los planetas y dedujo que las esferas materiales no existían.

Kepler y las elipses

A la muerte de Tycho Brahe, su ayudante Johannes Kepler (1571-1630), gracias a los registros de la posición de los planetas obtenidos por su maestro, y luego de muchos años y numerosos cálculos matemáticos, llegó a la conclusión de que los planetas no seguían órbitas circulares, sino elípticas, alrededor del Sol. Con este nuevo sistema, se pudo realizar una carta del Sistema Solar casi como la que se conoce en la actualidad.

Tabla Periódica y clasificación de los elementos químicos

Modelos atómicos

Los científicos observan la naturaleza, miran el mundo que se encuentra a su alrededor, experimentan, relacionan hechos y circunstancias y obtienen resultados.

A la actividad experimental sigue una parte teórica, en la que los científicos deben interpretar los resultados y sacar conclusiones, es decir, el momento en el que la teoría debe explicar los hechos experimentales. Para ello, el científico establece un modelo (su teoría), el cual deberá poder explicar los fenómenos conocidos, determinar los efectos y predecir nuevos hechos.

Mientras el modelo científico permita explicar los fenómenos estudiados, el modelo sirve y se aplica. Pero cuando el conocimiento avanza, y el modelo ya no es capaz de explicar todos los hechos, entonces se debe cambiar. A lo largo de la historia, se han propuesto distintos modelos para representar la estructura del átomo.

1) Demócrito (siglo V a.C.).

Fue el primer científico que postuló la teoría de átomos. Las partículas de Demócrito diferían físicamente entre sí: así, por ejemplo, los átomos del agua eran suaves y redondos y podían fluir libremente, los del fuego, recubiertos de espinas, provocaban dolorosas quemaduras.

2)John Dalton (1766-1844)

Fue el primer científico moderno, que introdujo el concepto de átomo. Postuló que: 

• La materia está formada por átomos, pequeñas esferas rígidas e indestructibles. 

• los átomos de una misma sustancia son iguales entre si. 

• los átomos de sustancias diferentes se combinan para formar átomos de sustancias diferentes. 

• Sólo átomos enteros y no fracciones de ellos, se combina entre sí.

3)Joseph John Thomson (1856-1940): Descubrimiento del electrón.

Este científico británico descubrió en 1897 que los rayos catódicos no eran un fluido sin masa, sino chorros de partículas cargadas negativamente y con masa, a las que llamó electrones. Propuso que éstos se encontraban en el átomo, como las pasas de un pastel, envueltos como una sustancia rígida y de carga positiva.

4)Ernest Rutherford (1871-1937): Descubrimiento del núcleo

Colocó una muestra de material radiactivo (polonio) junto a una lámina de oro, a las que recubrió con placas fotográficas. Al observar cómo las partículas alfa, que poseen la lámina de oro, comprobó que algunas se desviaban y otras rebotaban. Este hecho contradecía el modelo de Thomson.

Propuso que los electrones giraban alrededor del núcleo en órbitas, igual que lo hacen los planetas alrededor del Sol.

5) Niels Bohr (1885-1962): Descubrimiento de órbitas definidas circulares con energía determinada Este científico danés descubrió en 1913 que existe un número limitado de órbitas o niveles de energía.

Años antes, en 1912, Thomson había descubierto el protón en el núcleo de hidrógeno.

6)James Chadwick (1891-1974): Descubrimiento del neutrón

Este físico británico descubrió la existencia del neutrón en 1932, cuando comprobó que los núcleos de berilio podían emitir partículas sin carga eléctrica, cuya masa era igual, aproximadamente a la del protón.

7)Modelo atómico actual:

Se inspira en el modelo de Bohr pero agrega varios elementos de la física cuántica.

• La energía de los electrones sólo tienen determinado valor, denominado cuanto de energía -el cuanto se puede definir como la mínima cantidad de energía que se propaga en forma de electromagnética- y no puede tener ningún otro. Los electrones no giran en órbitas circulares definidas, se mueven en zonas o nubes que rodean al núcleo en orbitales. Allí la probabilidad de encontrar un electrón con cierta energía es muy elevada.

Partículas que constituyen los átomos

La Tabla Periódica

La tabla de Mendeleiev fue y es reconocida como un trabajo excepcional. Sin embargo, sufrió varias modificaciones, hasta llegar a la tabla que usamos hoy en la que los elementos están ordenados según su número atómico creciente. Ese número es el que caracteriza a cada elemento. 

La tabla periódica actual tiene casilleros. Cada uno corresponde a un elemento, representado por su símbolo. Además, dentro de cada uno de ellos suelen encontrarse otras informaciones como la masa atómica relativa y la distribución electrónica por niveles.

La Tabla está dividida en filas y en columnas. Las filas se denominan períodos y las columnas, grupos.

Períodos: Son siete filas de elementos designados del 1 al 7. El número de período indica el número de nivel de energía externo o de máxima energía.

Grupos: Reúnen elementos con igual configuración electrónica en el último nivel.

Hay 18 grupos que actualmente se numeran consecutivamente del 1 al 18. Todavía se mantiene, en algunas tablas la denominación anterior, que utilizaba números romanos seguidos de la letra A o la B. Por ejemplo, el grupo 1 era el IA y el grupo 5, el VB.

Los elementos de los grupos 1 y 2 y los del grupo 13 al 18 se denominan elementos representativos (son los grupos que antes se diferenciaban con la letra A). Los del grupo 3 al 1 2, se denominan elementos de transición (ex grupos B) y los lantánido y actínidos: elementos de transición interna. 

Los elementos de un mismo grupo poseen propiedades similares, por lo que se dice que forman "familias":

• Grupo 1: Metales alcalinos
• Grupo 2: Metales alcalinotérreos
• Grupos del 3 al 12: Metales de transición
• Grupo 13: Térreos o del Boro
• Grupo 14: Grupo del carbono
• Grupo 15: Grupo del Nitrógeno
• Grupo 16: Calcógenos o del oxígeno
• Grupo 17: Halógenos
• Grupo 18: Gases nobles

Metales, no metales y gases nobles

La Tabla Periódica también se clasifica en metales, no metales y gases nobles.

El Litio y el medio ambiente

Litio: ¿cómo afecta al medio ambiente y a las comunidades originarias?

7 MARZO, 2018

Mientras las autoridades nacionales impulsar su desarrollo y en el país avanzan más de 40 proyectos, poco se habla de las consecuencias que podría traer para el agua y las poblaciones locales.

 La explotación de litio en Argentina genera grandes expectativas económicas. Este elemento es fundamental para la fabricación de todo tipo de baterías y el país cuenta con una de las mayores reservas a nivel mundial. Pero, como suele ocurrir con toda actividad extractiva, las consecuencias ambientales pueden ser enormes.

La explotación de litio, al igual que la megaminería metalífera (oro, cobre, plata, plomo, entre otros), la agricultura industrial o la deforestación, implica un sobreconsumo de agua y un gran uso de químicos contaminantes. Este tipo de proyectos implica, además, un riesgo para los territorios en donde viven comunidades originarias, como viene ocurriendo en el noroeste del país.

En el caso de los salares de la Puna, por ejemplo, la extracción de litio contamina el limitado acceso al agua que –por cuestiones climáticas– ya tienen los diferentes pueblos ancestrales de la región, cuyas principales actividades son la agricultura y la ganadería.

Ejercicios Sistemas Materiales

1) Dado el siguiente sistema material: agua, alcohol, leche, hielo, un trozo de aluminio y arena.

• Clasificar el sistema en homogéneo o heterogéneo.
• Determinar número de fases y componentes que lo forman.
• Clasificar cada una de las sustancias que constituyen el sistema en simples o compuestas.

2) Da un ejemplo de cada uno de los siguientes sistemas materiales:

• Sistema heterogéneo formado por un componente líquido y dos componentes sólidos.
• Sistema heterogéneo formado por un componente sólido, un líquido y un gas.
• Sistema homogéneo formado por dos sólidos y un líquido.
• Sistema homogéneo formado por tres líquidos.

Sistemas Materiales

Un sistema material es un elemento o conjunto de elementos que se aísla (en forma real o imaginaria) para facilitar su estudio.

Es la porción del Universo que se desea estudiar, dónde se buscan relaciones entre los materiales que lo forman y explicaciones sobre los comportamientos que se observan.

Clasificación de los sistemas materiales

• Según la interacción con el medio que lo rodea:

Sistemas abiertos: son los que intercambian materia y energía con el medio que los rodea. Por ejemplo una botella de alcohol abierta.

Sistemas cerrados: son los que no intercambian materia, pero sí energía con el entorno. Por ejemplo la misma botella del sistema anterior cerrada con un tapón.

Sistemas aislados: son sistemas que no intercambian materia ni energía con el entorno. Por ejemplo un termo con una cubierta aislante.

• Según las propiedades de la materia:

Los científicos clasifican los sistemas según las fases que puedan distinguir de ellos.

Una Fase es una porción del sistema que tiene las mismas propiedades intensivas en todos los puntos.

Sistemas homogéneos: Son aquellos que tienen una sola fase, es decir, la misma composición en todos los puntos del sistema. Se perciben como una sola sustancia.

Ejemplo: oro puro, una vaso de agua salada.

Sistemas heterogéneos: Son aquellos que presentan dos o más fases, es decir, que las propiedades intensivas son diferentes en distintas partes del sistema. A simple vista se advierten diversas partes.

Algunos ejemplos son: un recipiente con agua y aciete (dos fases), un vaso con gaseosa y hielo (tres fases).

Cada uno de los componentes que forma parte del sistema se denomina sustancia. Por ejemplo en un vaso de agua salada hay una sola fases (sistema homogéneo) pero hay dos sustancias presentes: sal y agua.

Sustancia pura: es aquella sustancia que además de mantener en todos sus puntos las mismas propiedades intensivas, no puede fraccionarse, es decir, descomponerse en sustancias más simples.

Las sustancias puras se consideran simples cuando están formadas por una sola clase de átomos, como el oxígeno, el aluminio o el hierro; y compuestas, cuando las forman dos o más clases de átomos, como por ejemplo, el agua (H20) o la sal (NaCl). 

La Materia y sus Estados

En la naturaleza  la materia se presenta en distintos estados de agregación, con características y propiedades diferentes. Para poder comprender el comportamiento de la materia en sus diferentes estados, los científicos diseñaron un modelo llamado modelo cinético-corpuscular de la materia o simplemente modelo de partículas, que permite imaginar e interpretar la estructura íntima de los materiales.

Las ideas más importantes de este modelo son:

• La materia está compuesta por partículas.
• La diversidad de materiales se debe a la variedad de partículas que existe.
• Entre las partículas hay espacio vacío.
• Entre las partículas se ejercen fuerzas de diferentes intensidades.
• Las partículas de la materia están en movimiento (poseen energía cinética)
• Cuanto mayor es la temperatura tanto mayor es la energía de las partículas, y mayor su posibilidad de moverse y chocar entre ellas y con las paredes del recipiente.
• Los choques entre las partículas son perfectamente elásticos; esto significa que al chocar, las partículas no pierden energía.

De acuerdo a este modelo, los científicos caracterizaron los estados de la materia de la siguiente manera:

SÓLIDOS

Las partículas de un material sólido se atraen entre sí con gran intensidad, están situadas muy cercas unas de otras casi sin espacios vacíos entre ellas, ocupando posiciones fijas en el espacio en un ordenamiento regular, lo que permite que los sólidos tengan forma y volumen propio.

También pueden mantener su forma a pesar de las presiones (son incompresibles), ya que no pueden "juntarse" para ubicarse en un volumen menor que el que ocupan.

LÍQUIDOS

En los líquidos las partículas se atraen con menos intensidad que en los sólidos, pero con la suficiente fuerza como para que estén bastante cerca unas de otras, con pequeños espacios vacíos entre ellas; por eso los líquidos son casi incompresibles, pero sus partículas conservan la libertad de deslizarse unas sobre otras.

Las partículas de los líquidos, al no tener posiciones fijas, pueden tomar la forma del recipiente donde se encuentran, por eso los líquidos tienen volumen propio, pero no forma, ya que se adaptan al recipiente.

GASES

Los gases no tienen forma ni volumen propio, las partículas del gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente, moviéndose en línea recta a gran velocidad.

Las partículas están muy alejadas unas de otras, ocupando todo el espacio disponible y dejando mucho espacio vacío entre ellas.

Frente a los aumentos de presión, las partículas de gas tienden a "juntarse", por lo cual los gases son compresibles.

¿EXISTEN OTROS ESTADOS?

En la actualidad, con el avance de las investigaciones, existen otros estados de agregación que se producen en condiciones de presión y temperatura extremas, tales como el plasma y el superfluído. 

En la atmósfera de la Tierra, cualquier átomo de una sustancia gaseosa puede perder electrones en su choque con otras partículas, pero los recupera rápidamente o los atrapa de otros átomos cercanos. Donde las temperaturas son muy altas, como el Sol, los átomos y las moléculas tienen tanta velocidad que se producen permanentemente choques, con la suficiente energía como para liberar electrones, generando partículas con carga negativa y dejando partículas con carga positiva por ausencia de sus electrones; estas partículas con carga eléctrica (positiva o negativa) se llaman "iones".

A esta mezcla de iones positivos y negativos, deslocalizados de sus átomos correspondientes, se la considera en sí misma un estado de la materia diferente, llamado PLASMA. 

Las sustancias en este estado se diferencian de los gases a temperatura ambiente, porque adquieren propiedades diferentes, como la conductividad eléctrica.

Las lámparas fluorescentes, los letreros de neón, las pantallas y los monitores contienen gases en estado de plasma. Pueden obtenerse pequeñas cantidades de plasma de baja temperatura y densidad cuando se enciende una vela o un fósforo. 

Algunos gases, como el Helio, adquieren propiedades muy especiales cuando se reduce su temperatura a valores extremadamente bajos.

Al bajar cada vez más la temperatura, se podría predecir que cualquier gas se transformaría en líquido y luego en sólido.

En el caso del helio, éste permanece en estado líquido y nunca se congela, constituyendo un estado llamado SUPERFLUÍDO, en el cual el líquido fluye y se desplaza sin rozamiento, siendo capaz de trepar por las paredes del recipiente que lo contiene y escapar de él.

CAMBIOS DE ESTADO

Muchas veces habrás observado como se derrite un trozo de hielo a temperatura ambiente en un día cálido o cuando se empañan los cristales del automóvil en los días fríos, en ambos casos estás observando cambios de estado del agua.

La materia puede cambiar de estado de agregación. Cada pasaje de un estado a otro recibe un nombre.

• La Fusión es el pasaje de cualquier material del estado sólido al líquido. Por ejemplo cuando se derrite un trozo de hielo.

• La Solidificación es el pasaje de un material en estado líquido al sólido. Por ejemplo cuando se coloca un vaso de jugo en el congelador.

• La Vaporización es el pasaje de un material del estado líquido al gaseoso. Un ejemplo de ellos, es cuando se calienta agua en la pava o se coloca una olla de agua a hervir para luego cocinar fideos.

• La Licuación o Condensación se produce cuando un material en estado gaseoso pasa a estado líquido. Por ejemplo cuando se empaña un vidrio al respirar sobre él.

• La Sublimación (regresiva) es el pasaje de un material del estado gaseoso al estado sólido. Ejemplos de ello son la nieve y la escarcha.

• La Volatilización (o sublimación progresiva) es el pasaje de un material del estado sólido al gaseoso. Por ejemplo: la naftalina que se coloca en el ropero, el hielo seco expuesto a temperatura ambiente. 

Propiedades de la Materia

Propiedades de la materia

Una sustancia se identifica y distingue de otras por medio de sus propiedades o cualidades físicas y químicas. Estas propiedades se refieren a las cualidades o características que identifican y diferencian a los materiales, y son importantes para comprender la enorme diversidad de la materia. 

Estas propiedades impresionan a nuestros sentidos o a los instrumentos de medida. De esta forma podemos diferenciar el agua del alcohol, el hierro del oro, azúcar de la sal, etc.

Propiedades generales

Son aquellas propiedades comunes a todas las clases de materia, es decir, no nos informa la forma como una sustancia se comporta y se diferencia de las demás.

Las más importantes son:

Propiedades específicas

Son las propiedades que son características de cada sustancias y permiten diferenciar un cuerpo de otro. 

Estas propiedades dependen del estado en que se encuentre la sustancias.

Las propiedades específicas se clasifican en propiedades físicas y propiedades químicas.

Propiedades Físicas

Son las que se pueden determinar sin que los cuerpos varien su naturaleza.

Entre las propiedades físicas se encuentran:

Propiedades organolépticas

 Son aquellas que se determinan a través de las sensaciones percibidas por los órganos de los sentidos.

Estado físico

Es la propiedad de la materia que se origina por el grado de cohesión de las moléculas. La mayor o menos movilidad de las moléculas caracteriza cada estado.

Propiedades físico/mecánicas

Son aquellas propiedades físicas que no se perciben con los sentidos, sino que son medidas a partir de la intervención de acciones externas como esfuerzos mecánicos o por efectos del calor.

• Temperatura: es el grado de calor que posee un objeto. Es el efecto de la energía calórica sobre las partículas de un objeto. Existen temperaturas que caracterizan a una sustancias particular:

Punto de ebullición: es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso.

Punto de fusión: es la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido.

• Solubilidad: es la propiedad que tienen algunas sustancias de disolverse en un líquido a una temperatura determinada.

• Densidad: es la relación que existe entre la masa de una sustancia y su volumen.

Se expresa matemáticamente como:

Por ejemplo, un trozo de plomo pequeño es más denso que un objeto grande y liviano como el corcho.

• Dureza: es la resistencia que oponen las sustancias a ser rayada.

Se mide mediante una escala denominada escala de Mohs que va de uno hasta diez. Así, por ejemplo, dentro de esta escala el talco tiene una dureza de uno (1), mientras que el diamante presenta un grado de dureza diez (10).

Elasticidad: es la capacidad que tienen los cuerpos de deformarse cuando se aplica una fuerza sobre ellos y de recuperar su forma original cuando la fuerza aplicada se suprime.

Ductilidad: mide el grado de facilidad con que ciertos materiales se dejan convertir en alambres o hilos.

Maleabilidad: mide la capacidad que tienen ciertos materiales para convertirse en láminas, como el cobre o el aluminio.

Tenacidad: es la resistencia que ofrecen los cuerpos a romperse o deformarse cuando se los golpe.
Uno de los materiales más tenaces es el acero.

Fragilidad: es la tendencia de un objeto a romperse o fracturarse.

Resistencia mecánica: es la capacidad de un material para soportar todo tipo de esfuerzos mecánicos.

Conductividad eléctrica: es la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica con facilidad.
Los metales y algunos líquidos, como el agua, facilitan este trabajo por eso se los llama "conductores"; los demás materiales se llaman "aislantes", ya que no conducen la corriente eléctrica.

Conductividad térmica: es la capacidad de un material de conducir el calor.
Existen tanto conductores térmicos como aislantes.













Viscosidad: características propia de los líquidos, es el grado de cohesión que tiene un líquido, lo cual lo hace fluir lentamente y le otorga un espesor característico.
Sustancias viscosas son el aceite, el petróleo, las resinas, etc.

Propiedades químicas

Son las que determinan el comportamiento de las sustancias cuando se ponen en contacto con otras. 

Las sustancias cambian o alterar su naturaleza.

Algunas propiedades químicas son:

Combustión: es la cualidad que tienen algunas sustancias para reaccionar con el oxígeno, desprendiendo como consecuencia, energía en forma de calor o luz.

Reactividad con el agua: algunos metales, como el sodio y el potasio, reaccionan violentamente con el agua y forman sustancias químicas denominadas hidróxidos o bases.

Reactividad con sustancias ácidas: es la propiedad que tienen algunas sustancias de reaccionar con los ácidos.

Reactividad con las bases: es la propiedad que poseen ciertas sustancias de reaccionar con un grupo de compuestos químicos denominados bases o hidróxidos.