Diapositiva 1 - Eureka! Zientzia Museoa

Transcripción

Lo cotidiano, la prensa y la historia como
herramientas en el aprendizaje de la Química:
Algunos ejemplos.
Bernardo Herradón García
Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Donostia, 1 de julio de 2010
ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA
 Enseñanza formal (conceptos, memorizar, etc.).
 Nuestra vida cotidiana. Lo que nos rodea.
 Lo que ocurre a diario. Las noticias de prensa.
 Los hechos y anécdotas históricas. El desarrollo
histórico de los conceptos.
 Las prácticas de laboratorio.
 Los métodos de la difusión de la cultura científica.
http://www.losavancesdelaquimica.com/
http://www.madrimasd.org/blogs/quimicaysociedad/
http://educacionquimica.wordpress.com/
¿Qué es enseñar bien química?
¿Mucha materia?
¿Poca materia y bien aprendida?
¿Prácticas de laboratorio?
¿Horas lectivas?
¿La química en Física y Química o en Ciencias Naturales?
Situación actual de las ciencias
Falta de vocaciones científicas. ¿A que es debido?
¿Se percibe la utilidad de la ciencia?
¿Materias aburrida, difíciles?
¿Calidad y cantidad de los estudios en
secundaria/bachilerato?
¿Reconocimiento social del científico?
¿CUÁNDO EMPIEZA LA VOCACIÓN CIENTÍFICA?
¿CUÁNDO SE DEBE EMPEZAR A FOMENTAR LA
VOCACIÓN CIENTÍFICA?
¿Qué imagen tiene un adolescente de un científico?
Prácticas de laboratorio
Papel del profesor de primaria, ESO y bachillerato
PRÁCTICAS (REALES, VIRTUALES, DEMOSTRACIONES)
¿CUANDO EMPEZAR?
¿EN PRIMARIA?
Prácticas adaptadas para la edad (componente lúdico)
¿QUÉ SE PUEDE ENSEÑAR EN LAS PRÁCTICAS EN SECUNDARIA?
Operaciones básicas en ciencia (masa, volumen)
Conservación de la masa
Mezclas (homogéneas, heterogéneas)
Mezcla y sustancia química
Disoluciones
Cristalización
Destilación
Reacciones sencillas (electrolisis del agua, síntesis del nylon, uso de
colorantes, etc.)
Química en Acción
Importancia de las prácticas de laboratorio (incluso en el ciclo
universitario, dónde son escasas, en relación con la teoría).
http://www.chemlabs.bris.ac.uk/outreach/
Los actores:
 Maestros y profesores
 Padres
 Real Sociedad Española de Química (RSEQ)
 Universidades
 Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
 Foro Química y Sociedad
 Profesionales de la química
Aspectos a tener en cuenta al enseñar Química:
Despertar el interés del alumno con actividades adecuadas (prácticas de
laboratorio, visitas a instalaciones científicas, ferias científicas).
Destacar la utilidad de la Ciencia en el progreso de la Sociedad.
La Ciencia nos rodea:
Noticias en los medios de comunicación
Objetos cotidianos
Actividades relacionadas con la Divulgación Científica (el profesor de
secundaria como divulgador o como transmisor de la Divulgación).
Aprovechar los recursos proporcionados por INTERNET.
Aspectos históricos y biográficos de los científicos (también son personas).
Colaboración con entidades (CSIC, RSEF, RSEQ).
Papel del profesor: ideas a transmitir
La creatividad de la Ciencia.
La utilidad de la Ciencia (el profesor de Ciencia tiene que ser un
apasionado y transmitir que su Ciencia es el motor que hace
progresar nuestra Sociedad).
La Ciencia es divertida.
Cada día nos enfrentamos a lo desconocido, y el resultado nos
permite progresar en el conocimiento.
La Ciencia es la mayor obra colectiva de la historia de la
humanidad.
http://www.csic.es/web/guest/
http://www.proyectomovilab.es/
http://www.quimica2
011.es/actividades/e
xposiciones/entremol%C3%A9culas
http://www.quimicaysociedad.org/
Papel de la Real Sociedad Española de Química
Labor docente. Asistencia al profesorado de secundaria y
bachillerato.
Tipos de artículos en Anales de la RSEQ y en la Revista de Física
Distribución on line gratuita a profesores y alumnos.
Los Científicos y la Cultura Científica
Tareas didácticas, educativas.
Participación en tareas de divulgación científica.
Apoyo al profesorado no universitario.
Aumentar la cultura científica de los ciudadanos. Acercar la
Ciencia a la Sociedad.
Reivindicar el papel de la Ciencia en el beneficio de la humanidad.
Estar orgullosos de ser científicos.
¿Qué es la química y para qué sirve?
¿Qué causa todo esto?
1)Nos proporciona una vida más larga.
2) La vida es más saludable. Hace medicinas que curan nuestras
enfermedades, piezas de recambio para nuestro cuerpo, palia
dolores y achaques.
3) Nos suministra agua que podemos beber, usar para nuestra
higiene o regar nuestras plantaciones.
4) Nos ayuda a tener más y mejores alimentos.
5) Cuida de nuestro ganado.
6) Nos proporciona energía: calor en invierno, frescor en verano,
electricidad para la iluminación, nos permite circular en vehículos.
¿Qué causa todo esto?
7) Hace que nuestras ropas y sus colores sean más resistentes y
atractivos; mejora nuestro aspecto con perfumes, productos de
higiene y de cosmética; contribuye en la limpieza del hogar y de
nuestros utensilios; ayuda a mantener frescos nuestros alimentos;
y prácticamente nos proporciona todos los artículos que usamos a
diario.
8) Nos permite estar a la última en tecnología: el ordenador más
potente y ligero; el móvil más ligero; el sistema más moderno de
iluminación, el medio de transporte adecuado; el material para
batir marcas deportivos; y muchas aplicaciones más.
La respuesta:
La ciencia y, especialmente, la
química.
Científicos de la naturaleza
Materia
Energía
Interacción entre la materia y la energía
Geología
Física
Química
Biología
Ecología
Ciencias medioambientales
Toxicología
Bioquímica
Biología molecular
Astrofísica
etc….
¿Qué es la Química?
La Química estudia las transformaciones de la materia. Es
decir, como una sustancia se convierte en otra.
La materia que conocemos está formada por partículas más
pequeñas: las moléculas, que están formadas por átomos.
Las moléculas son los componentes básicos de la materia que
nos rodea.
Por lo tanto, todo es Química.
Átomo, elemento químico.
Elemento químico: sustancia formada por una única clase de átomos (con el
mismo número de protones en el núcleo).
Toda la materia está formada por sólo 90 clases de átomos.
¿La Química empieza en los electrones?
Responsable de los enlaces químicos, que es lo que hace que la materia sea
estable.
Enlace químico (interacción entre electrones): la interacción que mantiene
a los átomos unidos en la molécula. Pero la posición de los núcleos es
fundamental.
El lenguaje de los químicos: las fórmulas y los nombres
OH
Hidrógeno (H)
O
HO
HO
Oxígeno (O)
OH
O
O
OH
OH
HO
Carbono (C)
OH
Sacarosa: a-D-glucopiranosil(1-2)-b-D-fructofuranósido
La formulación, la nomenclatura, …….
El lenguaje de la química:
No hay que asustarse con ella, ni obligar a aprenderla
(sólo ciertas nociones básicas) y enseñar lo importante
que es conocerlo.
..... Y El sistema periódico……..
DIMÍTRI IVÁNOVICH MENDELÉIEV (Tobolsk, 1834 - San Petersburgo, 1907). Químico ruso, creador de la Tabla Periódica de los elementos.
Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos base del sistema periódico que lleva su nombre.
En 1869 publicó la mayor de sus obras, “Principios de Química”, donde formulaba su famosa Tabla Periódica, traducida a todas las lenguas y que fue
libro de texto durante muchos años.
Se considera a Mendeléiev un genio, no sólo por el ingenio que mostró para aplicar todo lo conocido y predecir lo no conocido sobre los elementos
químicos, plasmándolo en su tabla periódica, sino por los numerosos trabajos realizados a lo largo de toda su vida en diversos campos científicos y
tecnológicos (agricultura, ganadería, industria petroquímica, etc).
Se nombró Mendelevio (Md) al elemento químico sintético de número atómico 101 en homenaje al ilustre químico ruso. El día 2 de febrero de 2007
se cumplió el centenario de su muerte.
1
1
6,941
+1
Li
9,0122
[He] 2s2
BERILIO
3
22,990
Na
+1
5
Rb
Cs
Sr
+1
[Kr] 4d15s2
ITRIO
Ba
+2
[Xe] 4f145d16s2
LUTECIO
BARIO
+1
[Rn] 7 s1
FRANCIO
119
88 (226,03)
Ra
Lr
[Rn] 7 s2
RADIO
+3
[Kr] 4d45s1
NIOBIO
[Ar]
CROMO
95,94
+2
+3
+4
+5
5
1
[Kr] 4d 5s +6
MOLIBDENO
Mo
+5
Ta
[Xe] 4f145d36s2
TÁNTALO
Mn
186,21 76
Re
¿?
[Rn] 5f147s17p1? [Rn] 5f146d27s2?
LAURENCIO RUTHERFORDIO
¿?
Db
[Rn] 5f146d37s2
DUBNIO
Sg
Bh
[Rn] 5f146d47s2
SEABORGIO
+3
+4
+8
¿?
[Rn] 5f146d57s2
BOHRIO
[Kr] 4d85s1
RODIO
+4
+6
+8
[Xe] 4f145d66s2
OSMIO
+2
+3
Ni
[Ar] 3d84s2
NÍQUEL
+1
+2
+3
+4
26,982 14
+2
+4
[Kr] 4d10
PALADIO
¿?
Hs
Mt
[Rn] 5f146d67s2
HASSIO
[Rn] 5f146d77s2
MEITNERIO
+1
+2
Au
112,41
[Kr] 4d105s2
CADMIO
[Xe] 4f145d106s1
ORO
Ds
¿?
[Rn] 5f146d97s1
DARMSTADTIO
Rg
¿?
Tl
113
(285)
¿?
32,065 17
+3
+5
-3
[Kr] 4d105s25p3
ANTIMONIO
83,798
Kr
131,29
I
0
+2
+4
+6
[Kr] 4d105s25p6 +8
XENÓN
(209,99)
86
+1
+3
+5
+7
10
2
[Kr] 4d 5s 5p- 51
YODO
(208,98) 85
Xe
+1
+3
Pb
+2
+4
Bi
(289) 115
(284) 114
+3
+5
Po
(288) 116
¿?
+2
+4
(222,02)
Rn
At
(289) 117
118
¿?
¿?
Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
[Rn]5f146d107s27p1 [Rn]5f146d107s27p2 [Rn]5f146d107s27p3 [Rn]5f146d107s27p4 [Rn]5f146d107s27p5 [Rn]5f146d107s27p6
UNUNCUADIO
UNUNPENTIO
UNUNHEXIO
UNUNSEPTIO
UNUNOCTIO
UNUNTRIO
[Rn]5f146d107s2
UNUNBIO
120
138,91 58
57
[Uuo] 8s2
UNBINILIO
La
+3
5d16s2
[Xe]
LANTANO
89
Ac
+1
+3
GASEOSOS
SÓLIDOS
LÍQUIDOS
(30ºC)
SINTÉTICOS
+3
+4
4f15d16s2
[Xe]
CERIO
(227,03) 90
[Rn] 6d17s2
ACTINIO
140,12 59
Ce
Th
+4
+3
4f36s2
[Xe]
PRASEODIMIO
232,04 91
[Rn] 6d27s2
TORIO
140,91 60
Pr
Pa
+3
+4
+5
[Rn] 5f26d17s2
PROTOACTINIO
+3
4f46s2
[Xe]
NEODIMIO
231,04 92
(144,91) 62
144,24 61
Nd
+3
Pm
4f56s2
[Xe]
PROMETIO
238,05 93
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f36d17s2
URANIO
U
150,36 63
Sm
4f66s2
[Xe]
SAMARIO
+3
+4
+5
+6
[Rn] 5f46d17s2
NEPTUNIO
NO-METAL
Pu
+2
+3
[Xe]
EUROPIO
+3
+4
+5
+6
157,25 65
+3
Gd
4f76s2
[Rn] 5f67s2
PLUTONIO
GASES
NOBLES
151,96 64
Eu
(244,06) 95
(237,05) 94
Np
+2
+3
[Xe]
GADOLINIO
+3
+4
+5
+6
METALES
ALCALINOS
+3
+3
+4
Bk
SEMICONDUCTOR
* Los valores entre paréntesis se refieren al isótopo más estable
** Los valores de los elementos gaseosos corresponden al líquido a temperatura de ebullición
4f106s2
[Xe]
DISPROSIO
(247,07) 98
[Rn] 5f97s2
BERQUELIO
[Rn] 5f76d17s2
CURIO
METALES
ALCALINOTÉRREOS
Dy
[Xe]
TERBIO
(247,07) 97
162,50 67
+3
+3
4f96s2
Am Cm
[Rn] 5f77s2
AMERICIO
158,93 66
Tb
4f75d16s2
(243,06) 96
0
2
4
[Ar] 3d104s24p6
CRIPTÓN
126,90 54
53
+4
+6
-2
[Kr] 4d105s25p4
TELURIO
208,98 84
83
+1
+3
+5
+7
10
2
5
[Ar] 3d 4s 4p - 1
BROMO
127,60
Te
0
[Ne] 3s23p6
ARGÓN
Br
[Ar] 3d104s24p4
SELENIO
39,948
Ar
79,904 36
35
+4
+6
-2
Se
35,453 18
Cl
78,96
34
0
[He] 2s22p6
NEÓN
+1
+3
+5
+7
[Ne] 3s23p5 - 1
CLORO
+2
+4
+6
-2
[Ne] 3s23p4
AZUFRE
20,180
Ne
[He] 2s22p5
FLÚOR
S
121,76 52
Sb
207,2
¿?
Uub
[Rn]5f146d107s1
ROENTGENIO
+2
+4
-1
F
+1
0
+3
2
+5
+7
14
10
2
2
14
10
2
3
14
10
2
4
14
10
2
1
14
10
2
1
14
10
2
5
[Xe]4f 5d 6s 6p [Xe]4f 5d 6s 6p [Xe]4f 5d 6s 6p [Xe]4f 5d 6s 6p [Xe]4f 5d 6s 6p [Xe]4f 5d 6s 6p6
RADÓN
POLONIO
TALIO
PLOMO
BISMUTO
ASTATO
+1
+2
[Xe] 4f145d106s2
MERCURIO
(281) 111 (272,15) 112
+3
+5
-3
[Ar] 3d104s24p3
ARSÉNICO
[Kr] 4d105s25p2
ESTAÑO
204,38 82
81
74,922
As
118,71 51
Sn
[Kr] 4d105s25p1
INDIO
200,59
Hg
+3
In
33
+2
+4
[Ar] 3d104s24p2
GERMANIO
114,82 50
49
+2
+1
+3
Ge
[Ar] 3d104s24p1
GALIO
[Ne] 3s23p3
FÓSFORO
72,64
+3
Ga
Cd
196,97 80
[Ne] 3s23p2
SILICIO
69,723 32
31
+2
[Ar] 3d104s2
CINC
[Kr] 4d105s1
PLATA
Pt
65,409
Zn
107,87 48
Ag
195,08 79
+1
+2
+2
+4
+3
+4
14
9
1
+6
14
7
2
[Xe] 4f 5d 6s
[Xe] 4f 5d 6s
IRIDIO
PLATINO
Ir
Cu
106,42 47
192,22 78
+1
+2
[Ne] 3s23p1
ALUMINIO
+3
+5
-3
P
0
1s2
HELIO
18,998 10
-1
-2
[He] 2s22p4
OXÍGENO
30,974 16
15
+2
+4
-4
Si
O
He
17
15,999 9
N
28,086
+3
16
14,007 8
+2
+3
+4
+5
[He] 2s22p3 - 2
NITRÓGENO- 3
+2
+4
-4
[He] 2s22p2
CARBONO
Al
12
63,546 30
[Ar] 3d104s1
COBRE
Pd
(277) 109 (268,14) 110
¿?
11
58,693 29
102,91 46
Rh
190,23 77
Os
+2
+3
[Ar] 3d74s2
COBALTO
101,07 45
Ru
10
58,933 28
15
12,011 7
C
[He] 2s22p1
BORO
Co
[Ar] 3d64s2
HIERRO
[Kr] 4d75s1
RUTENIO
[Kr] 4d65s2
TECNECIO
+2
+4
+3
+6
+4
+7
+5
14
5
+6
14
4
2
[Xe] 4f 5d 6s2
[Xe] 4f 5d 6s
WOLFRAMIO
RENIO
W
Fe
+4
+6
+7
Tc
+2
+3
+6
6
+3
B
9
55,845 27
98,907 44
43
183,84 75
180,95 74
+2
+3
+4
+6
+7
(262,11) 105 (262,11) 106 (266,12) 107 (264,12) 108
Rf
Uue Ubn
[Uuo] 8s1
UNUNENIO
+4
[Xe] 4f145d26s2
HAFNIO
103 (262,11) 104
+2
Nb
+3
+5
8
54,938 26
[Ar] 3d54s2
MANGANESO
3d54s1
92,906 42
+4
+2
+3
+6
14
18,811
13
7
51,996 25
Cr
[Ar] 3d34s
VANADIO
178,49 73
Hf
+2
+3
+4
+5
2
V
[Kr] 4d25s2
CIRCONIO
+3
Lu
[Xe] 6 s2
(223,02)
Zr
6
50,942 24
91,224 41
174,97 72
71
+2
+3
+4
[Ar] 3d24s2
TITANIO
+3
Y
137,33
56
Ti
88,906 40
39
+2
5
47,867 23
+3
[Ar] 3d14s2
ESCANDIO
[Kr] 5 s2
ESTRONCIO
[Xe] 6 s1
CESIO
Fr
Sc
87,62
38
4
44,956 22
21
+2
CALCIO
132,91
87
Ca
+1
[Kr] 5s1
RUBIDIO
6
40,078
[Ar] 4 s2
85,468
55
20
+1
[Ar] 4 s1
POTASIO
37
3
MAGNESIO
39,098
K
Mg
5
Estructura electrónica
**
+2
13
*
Estados de oxidación
[He] 2s22p2
CARBONO
Nombre
24,305
[Ne] 3s2
[Ne] 3s1
SODIO
19
12
+2
+4
-4
C
Símbolo
Masa atómica
12,011
6
Nº atómico
+2
Be
[He] 2s1
LITIO
11
8
4
4,0026
2
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
2
1s1
HIDRÓGENO
2
7
+1
-1
H
3
4
18
1,0079
1
164,93 68
+3
Ho
4f116s2
[Xe]
HOLMIO
(251,08) 99
167,26 69
Er
+3
4f126s2
[Xe]
ERBIO
168,93 70
Tm
+3
4f136s2
[Xe]
TULIO
+3
+3
[Rn] 5f127s2
FERMIO
[Rn] 5f137s2
MENDELEVIO
METALES DE
LANTÁNIDOS
TRANSICIÓN
ACTÍNIDOS
+3
+3
4f146s2
[Xe]
ITERBIO
(252,08) 100 (257,10) 101 (258,10) 102 (259,10)
[Rn] 5f117s2
EINSTENIO
Cf
[Rn] 5f107s2
CALIFORNIO
173,04
Yb
+3
Es
Fm Md
+3
No
[Rn] 5f147s2
NOBELIO
El sistema periódico:
No se debe aprender
Se debe enseñar según se enseña química
Se debe captar la inmensa información que hay en él
Una de las mayores aportaciones de la química a la
historia de la cultura universal
Se debe amar
Otras “visiones” sobre la Química
LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO
Papel de la síntesis química (capacidad de obtener sustancias
químicas):
Sustancias naturales (productos naturales)
Sustancias no-naturales (interés teórico o práctico) con
mejores propiedades que las naturales
LA QUÍMICA: LA CIENCIA CENTRAL,
ÚTIL Y CREATIVA
La Química y su relación con otras Ciencias
Ciencia de los
alimentos
Toxicología
Ciencias
Medioambientales
Geología
Ciencias de la tierra
Astrofísica
QUÍMICA
Agricultura
Veterinaria
Matemáticas
Bioquímica
Biología molecular
Biología
Biomedicina
Medicina
Física
Ciencias de los materiales
Nanociencias
Nanotecnología
Ingeniería
LA QUÍMICA, ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA
BIOLOGÍA
QUÍMICA
¿Qué significa?
 Objeto de estudio
 Métodos de estudio
 Aproximación científica
 Aspectos filosóficos
FÍSICA
La Química del futuro
Energía
Aspectos
sociales
Medio
ambiente
Nuevos
compuestos
químicos para
nuevos retos
Salud
Electrónica
Alimentación
Dependeremos de procesos y materiales
(formados por moléculas) adecuados
LA QUÍMICA Y LOS MATERIALES DEL “FUTURO”
 Aplicaciones tecnológicas
 Biomédicas
La Química entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales
BIOLOGÍA
BIOMEDICINA
Medicina
Biología humana
Biología del organismo
Fisiología
Inmunología
Neurociencia
Endocrinología
Bioquímica
Biología celular
Biología molecular
Química
Materiales
Física
Matemáticas
FÍSICA
QUÍMICA
MATERIALES
Química
Física
Nanociencia
Nanotecnología
Ingeniería
Matemáticas
LA QUÍMICA, LA CIENCIA DE LO COTIDIANO
Podemos verdaderamente decir que el alcance de la Química y sus
aplicaciones son interminables (Leo H. Baekeland, 1932)
Beneficios de la Química para el ser humano
Vida más larga.
Vida más saludable (curamos enfermedades, hacemos biomateriales,
paliamos dolores y achaques).
Potabilización de agua.
Mejores alimentos. Fertilizantes, abonos, protectores de cosechas,
cuidado del ganado.
Producción de energía: carbón, petróleo, hidrógeno.
Nuestra vida cotidiana: higiene, limpieza, cosméticos, ocio, deporte,
seguridad, vestidos , tintes, …..
Alta tecnología: electrónica, ordenadores, nanomateriales,…..
LA ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA
 Dar mucha materia o dar poca
 Que aprendan bien los conceptos fundamentales
 Aplicaciones en la vida cotidiana
 La vida cotidiana nos permite explicar conceptos
de química
 Mucha experimentación
Los conceptos fundamentales de la Química
 La materia consiste de alrededor de 100 elementos.
 Los elementos se componen de átomos.
 La estructura orbitálica de los átomos (dónde están los
electrones) explica la periodicidad de sus propiedades.
 Los enlaces químicos se forman cuando los electrones se
emparejan.
 La forma es fundamental para la función. Si quieres estudiar la
función, estudia la estructura.
 Las moléculas se atraen y repelen entre sí.
 La energía es ciega a su modo de almacenaje.
 Las reacciones son de un número pequeño de tipos.
 Las velocidades de reacción se describen por las leyes
(cinéticas).
Atkins, Chemistry, The Great Ideas. Pure Appl. Chem. 1999, 71, 927
INTERNET Y EL ORDENADOR COMO HERRAMIENTA
Forma (estructura) de las moléculas
Los átomos dentro de las moléculas
La posición de los núcleos atómicos
La orientación de los átomos
Los enlaces
Los electrones en las moléculas
Las propiedades geométricas (longitudes, ángulos, ángulos
dihedros).
H2O
PBB-77
Las vibraciones moleculares
Espectro IR de las moléculas (vibraciones)
Aplicaciones en astrofísica
La Química y la Astrofísica
Propiedades del agua
• Dos propiedades moleculares del
agua:
- el momento dipolar de la molécula
de agua
- la capacidad para establecer
enlaces de hidrógeno
intermoleculares
Momento dipolar: 1‟85 D
Cte dieléctrica relativa: 80
Ángel Herráez (Universidad de Alcalá)
http://biomodel.uah.es/agua/index.htm
Estructura del DNA
Aspectos estructurales de la molécula de ADN
En los seres vivos está constituida por
dos cadenas antiparalelas, formando la
conocida “doble hélice”
Interacciones por enlaces de
=
hidrogeno por pares A=T y C=G
Estados físicos de la materia
Gaseoso
Líquido
Sólido (amorfo o cristalino)
Gas
Líquido
Sólido
El estado físico depende de la estructura molecular y de las interacciones
entre moléculas (interacciones intermoleculares).
Implicación en las propiedades físicas y tecnológicas.
Estado físico: dependiente de las interacciones entre moléculas.
Carbono (C)
CARBÓN ACTIVO (C)
Diamante
Grafito
Diseño de compuestos con propiedades tecnológicas.
Ingeniería cristalina.
NC
CN
S
NC
CN
S
TCNQ
S
Propiedades electrónicas
S
TTF
Alves et al.
Nature Materials, 2008
 El papel de la historia (desarrollo histórico de los conceptos de
Química).
 Las noticias que interesan: salud, medio ambiente, energía,
tecnología, deporte.
 La ciencia detrás de la noticia: Un químico lee el periódico.
 1895-1930: La revolución científica. La estructura del átomo.
Aplicaciones beneficiosas de la radioactividad. Detectores de
humo. Radiodiagnóstico en medicina.
 Noticias de energía. Conceptos básicos de termodinámica. La
revolución industrial y el papel de la ciencia. Los protagonistas. El
concepto de molécula.
 Noticias de Astrofísica. Propiedades atómicas y moleculares.
 Noticias de medio ambiente. La concentración.
 Sentido de la vista, interacción de la luz con la materia
(absorción y emisión de luz), colorantes (sus tipos, sus utilidades),
historia de la química (colorantes de la antigüedad, Perkin, von
Baeyer, la industria química en la actualidad).
 Fotosíntesis. Su relevancia en nuestra vida cotidiana. Centros
fotosintéticos artificiales.
 Lo natural y lo sintético.
 Siglo XX: El siglo de los plásticos.
 El coche. Materiales, energía, reactividad. Catálisis.
 Producción de amoniaco. Fertilizantes.
 La química y la producción de alimentos.
 Purificación y potabilización de agua.
 La química y la salud: Medicamentos y biomateriales.
 La industria química.
 Desarrollos industriales mediambientalmente convenientes
(química verde y química sostenible).
2011: Un año de conmemoraciones químicas.
Celebrando el papel de la
mujer en la Ciencia
Centenario del Premio Nobel de
Química a Marie Curie
200º Aniversario de la
hipótesis de Avogadro
publicación de
„El Químico Escéptico‟
(Robert Boyle)
Boyle y su escuela
El futuro
Avogadro y su tiempo
Curie y la ciencia moderna
1661-1911: 250 años que cambiaron el mundo
(gracias a la ciencia)
La química antes de Boyle
La oscura edad media: los alquimistas.
Procedimientos experimentales.
Paracelso (1493-1541): aplicaciones de
la alquimia a la medicina (iatroquímica).
Las ciencias (la física y las matemáticas) en el siglo XVII
La época dorada. Nacimiento de la Física
Galileo (1564-1642)
Método científico
Patriarca de la Física
Las matemáticas son el alfabeto con el
cual Dios ha escrito el Universo.
Otras
aportaciones:
Newton (1643-1727)
Padre de la Física
La química en el siglo XVII: dominada por la alquimia
Alquimista.
Primer intento de reducir
la química a la física.
Sin éxito
Boyle (1627-1691) y su escuela
Hooke (1635-1703), Mayow (1641-1679)
Boyle y su escuela
 Creación de un grupo de investigación (Hooke,
Mayow)
 Aplicación del método científico
 Experimentos cuidadosos
 Perfeccionamiento de equipo de laboratorio
 Trabajo con gases
 Ley de Boyle (PV = cte)
 Concepto de elemento químico
 Especulaciones sobre la estructura de la materia
 Concepto de compuesto químico
 Fundación de la Royal Society
publicación de
„El Químico Escéptico‟
(Robert Boyle)
La química del siglo XVIII
Teoría del Flogisto: Un siglo de retraso conceptual
Black (1728-1799)
Priestley (1733-1804)
Becher (1635-1682)
Stahl (1659-1734)
Cavendish (1731-1810)
Scheele (1742-1786)
El nacimiento de la química como ciencia moderna
Lavoisier (1743-1794)
Rigor en las medidas
Identificación del papel del oxígeno
Nomenclatura
Sistematización de los
conceptos químicos
Ley de la conservación
de la masa
Dalton (1766-1844)
Proust (1754-1826)
Ley de las proporciones Ley de las proporciones
múltiples
definidas
Teoría atómica
Berzelius (1779-1848)
Gay-Lussac (1754Richter
(1762-1807)
Composición
1850)
Ley
de
las
proporciones
Ley de las volúmenez
Sistematización
equivalentes
definidas
nomenclatura.
1811. Hipótesis de Avogrado. Volúmenes iguales de todos los gases,
a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de
moléculas.
1860
Avogadro
(1776-1856)
Kekulé
(1829-1896)
Cannizzaro
(1826-1910)
El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre
la física (los físicos) y la química (los químicos).
Joule
Mayer
Carnot
Clausius
(1818-1889)
(1814-1878)
(1796-1832)
(1822-1888)
Kelvin
Maxwell
Boltzmann
(1824-1907) (1831-1879) (1844-1906)
Los principios (leyes) de la termodinámica:
 Cero: Definición de temperatura.
 Primero: Conservación de la energía.
 Segundo: Imposibilidad de usar toda la energía (aumento de la
entropía).
 Tercero: La entropía de un sólido perfecto a 0 K es 0.
El desarrollo de la Termodinámica: La interacción entre
la física (los físicos) y la química (los químicos).
Para los físicos de mediados del siglo XIX, la existencia de
moléculas era evidente; algunos químicos dudaron de su existencia
hasta el siglo XX.
Mendeleev
(1834-1907)
1869
Número de
Avogadro: número
de moléculas en
un mol de
sustancia.
Perrin (1870-1942)
hipótesis de Avogadro
La ciencia a finales del siglo XIX





Gravitación
Electromagnetismo
Teoría cinética de los gases
Ecuaciones de la termodinámica
Leyes de la óptica (naturaleza de la luz)
There is nothing new to be discovered in
physics now, All that remains is more and
more precise measurement.
Lord Kelvin (finales del siglo XIX)
Sólo quedaban por explicar unos „pocos‟ fenómenos naturales
 Radiación del cuerpo negro
 Espectros de los elementos químicos
 Efecto fotoeléctrico
 Descubrimiento del electrón
 Rayos X
 Radiactividad
 Efecto Compton
 Movimiento Browniano
 Estructura del átomo (experimentos de Rutherford)
Interacciones de la materia y la energía
Centenario del Premio Nobel de
Química a Marie Curie
Aplicaciones de la radiactividad. Detectores de humo.
Sintetizado en 1944 por Seaborg
(Premio Nobel de Química, 1951)
241
Am
95
237
Np
93
+
4
2
He2+
Las partículas a- no pueden escapar
del detector. No atraviesan la materia
sólida.
Vida media del Am-241: 432 años.
Se desintegran 33000 núcleos de Am241 por segundo.
Un microgramo de Am-241 por
detector.
Los fundamentos de la Química: la mecánica cuántica aplicada
a la Química (Química cuántica)
La Ciencia en la vida cotidiana: la energía
La Química física influye en los avances de la Sociedad
Termodinámica
Utilización de las formas de energía: calor, electricidad, mecánica.
Fuentes de energía: química, solar, eólica, solar, nuclear, mecánica,
mareas, etc…
Desarrollo de la Termodinámica: máquina de vapor.
La fuente de energía es el carbón (energía química).
Newcomen (1711)
Watt (1774)
Los padres de la Termodinámica
Joule
Mayer
Carnot
Clausius
(1818-1889)
(1814-1878)
(1796-1832)
(1822-1888)
Kelvin
Maxwell
Boltzmann
(1824-1907) (1831-1879) (1844-1906)
Los principios de la termodinámica:
 Primero: Conservación de la energía.
 Segundo: Imposibilidad de usar toda la energía (aumento de la entropía).
 Tercero: La entropía de un sólido perfecto a 0 K es 0.
Fuentes y formas de energía en las que
interviene la Química:





Carbón
Petróleo
Gas natural
Uranio
Materiales electroactivos (baterías)
“Formas” de energía:




Química
Eléctrica
Calor
Lumínica
Hay que avanzar en la eficiencia energética
http://www.quimica2011.es/
Petróleo y sus derivados
Recursos limitados
Medioambientalmente
perniciosa
Quemamos materias primas
valiosas para producir bienes
de consumo
NO HAY FUTURO PARA LA ENERGÍA BASADA
EN QUEMAR MASIVAMENTE COMBUSTIBLES
FÓSILES
Aprender Química con lo cotidiano
La química de cada día
Primera hora: nos despertamos, desayuno
Componentes químicos del café
Extracción de sólidos
¿Más de 200 compuestos químicos?
99‟3% de agua
0‟04% de cafeína
0‟12 % de proteínas
0‟02% de grasas
Vitaminas
Sales metálicas
Alimentos: mezclas de compuestos químicos (naturales y artificiales)
Alimento
Todo producto no venenoso, comestible o bebible que consta de
componentes que pueden ingerirse, absorberse y utilizarse por el
organismo para su mantenimiento y desarrollo.
Composición química
 Hidratos de carbono o sus constituyentes.
 Grasas o sus constituyentes.
 Proteínas o sus constituyentes.
 Vitaminas o precursores con los que el organismo puede
elaborarlas.
 Sales minerales.
 Agua.
Todo lo que comemos es una mezcla
de compuestos químicos
PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
No hay problemas de producción de alimentos en el mundo.
El problema es de distribución.
Pronóstico de Malthus (1766-1834): la población
humana desaparecerá por falta de alimentos (durante
el siglo XIX).
Pronóstico equivocado.
Campos son mucho más productivos:
fertilizantes/abonos, pesticidas,
protectores de cosechas, aditivos para cosechas, etc.
EL PAPEL DE LA QUÍMICA EN LA
PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS
Premio Nobel de Química, 1918
N2 (g) + 3 H2 (g)
2 NH3 (g)
PROCESOS QUÍMICOS CATALÍTICOS
PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE AMONIACO.
APLICACIÓN A LA PREPARACIÓN DE ABONOS NITROGENADOS.
N2 (g) + 3 H2 (g)
2 NH3 (g)
Alta presión (200 atmósferas), temperatura moderada (400-500 ºC)
Presencia de un catalizador (sales de Fe3+).
Aplicación de las leyes del equilibrio químico (principio de Le Chatelier).
Cinética química. Catálisis.
Reactivos
Productos
Velocidad = k x f(concentración)
Ecuación de Arrhenius
Ea es la energía de activación
Un catalizador es una especie química que no se consume durante la
reacción y que disminuye la energía de activación (aumentando k). No afecta
a la constante de equilibrio.
Cinética química. Catálisis.
Reactivos
Productos
Velocidad = k x f(concentración)
Un catalizador es una especie química que no se consume durante la
reacción y que disminuye la energía de activación (aumentando k).
PROCESOS QUÍMICOS CATALÍTICOS
CATALIZADORES DE LOS COCHES
La combustión incompleta genera hidrocarburos, monóxido de carbono (CO)
y óxidos de nitrógeno (NO y NO2). El papel del catalizador es acelerar las
reacciones de oxidación de los hidrocarburos y el CO y de reducción del
NO y el NO2.
Metales catalizadores
Reacciones químicas: airbag
NaN3
Na + 3/2 N2
La Ciencia detrás de la noticia
¿Se puede explicar la Física y la Química
leyendo las noticias?
La Química (Ciencia) y los medios de comunicación
¿Papel del científico en la generación de noticias? Papel del periodista.
Revistas de divulgación científica.
Siempre es bueno que se hable de Ciencia. Necesidad de que haya
programas de divulgación científica en radio y TV y que los periódicos
tengan secciones fijas de Ciencia.
http://www.elpais.com/suple/futuro/
http://www.elmundo.es/elmundo/ciencia.html
http://www.publico.es/ciencias
http://www.heraldo.es/index.php/mod.noticias/mem.detalle/idnoticia.35465
¿Qué noticias de Ciencia nos interesan?
 Nuestra salud:
 Cáncer.
 Alzheimer y otras enferemedades degenerativas (Parkinson, vacas
locas, etc…).
 Enfermedades metabólicas (diabetes, hipertensión,
arterioesclerosis, etc…).
 Malaria.
 Gripe A y cualquier otra amenaza.
 Energía.
 Medio ambiente.
 Alimentación.
 Deportes
¿Nos preocupamos de la Ciencia que hay detrás de la noticia?
¿Son aprovechables las noticias para la docencia?
Medio ambiente, dopaje, salud, toxicidad
50 nanogramos/mL
ó
0‟00000000005 gramos/litro
CLEMBUTEROL
Paracelso (1493-1541)
Todas las cosas son venenosas y nada es inócuo.
Únicamente la dosis determina lo que no es un veneno.
La concentración es un concepto fundamental en Química
¿Cómo se proporcionan los datos de sustancias química en un medio?
La actividad biológica debe expresarse de manera adecuada (actividad
biológica por mol de sustancia)
Si se habla de moléculas, siempre sale un valor muy alto, pues las moléculas
son muy pequeñas y pesan muy poco.
La concentración se expresa en moles. Un mol es un número de Avogadro de
partículas.
Numero de Avogadro: aproximadamente 600.000.000.000.000.000.000.000
(un mol), que son las moléculas que hay en 18 gramos de agua o en 277
gramos de clembuterol.
La concentración de clembuterol en la muestra de Contador es
0‟00000000018 molar; es decir, 100.000.000.000.000 moléculas por litro.
Contaminación química
Concentración: 0‟1 ng/l (3‟33 x 10-13 M)
HAY QUE TENER VOCACIÓN PARA DEDICARSE
A LA INVESTIGACIÓN Y ESTAR DISPUESTO A
SEGUIR UNA CARRERA CREATIVA.
LA CARRERA CIENTÍFICA ES MUY DIVERTIDA.
CADA DÍA NOS ENFRENTAMOS A LO DESCONOCIDO.
VAMOS PROGRESANDO EN EL CONOCIMIENTO.
III CURSO DE DIVULGACIÓN
“LOS AVANCES DE LA QUÍMICA Y SU
IMPACTO EN LA SOCIEDAD”
A partir de marzo de 2012
Química,
nuestra vida,
Nuestro futuro
Marie Curie
Premio Nobel (1903, 1911)

Diapositiva 1 - Eureka! Zientzia Museoa

Transcripción

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