Cinética y equilibrio (problemas para preparar la olimpiada de química)

Gracias a Sergio Menargues, Amparo Gómez y Fernando Latre, disponemos de material adecuado para preparar las Olimpiadas de Química. El libro sobre cinética y equilibrio químico (edición actualizada en 2017) se puede descargar en este enlace.

 

La imagen de la portada es un diseño de Ximena Martínez.

También se pueden encontrar y teoría y problemas que ha preparado Antonio Sánchez Arroyo (UCM) en este enlace.

Muchas gracias a Sergio, Amparo, Fernando y Antonio por esta gran labor educativa.

Bernardo Herradón

Comienza el curso de divulgación ‘Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad’

El próximo jueves 14 de septiembre comenzará la sexta edición del curso de divulgación ‘Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad’.

Lo hará con una conferencia del profesor Javier García Martínez, que se podrá seguir también por streaming.

El programa completo del curso se puede ver en este enlace.

Más información en los carteles.

Cartel_Curso_VI_AQIS

AQIS_Inauguracion_GMtnez_140917_v2

 

 

Bernardo Herradón

Director del curso de divulgación ‘Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad’

Elementos químicos: el hidrógeno.

El hidrógeno (símbolo: H) es el átomo más sencillo que existe. Sólo un protón en su núcleo y un electrón alrededor de él. El hidrógeno ha sido muy importante en el desarrollo de los fundamentos de la Química: la explicación de las estructuras atómicas y molecular.

Hidrogeno_Miranda_Cartel

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La química de los alimentos. Edulcorantes nutritivos.

Los Hidratos de carbono o carbohidratos son sustancias que dan sabor dulce, aportan calorías (4 Kcal/g) y además actúan como conservantes. A este grupo pertenecen la glucosa, la fructosa, la sacarosa, la lactosa, la maltosa, la galactosa y el azúcar invertido. Estructuralmente, estos compuestos están formados por una o más unidades de monosacárido. En función de la cantidad de unidades por las que esté formado el carbohidrato recibe el nombre de monosacárido (una unidad); disacáridos (2 unidades); oligosacáridos (entre 2 y 20 unidades) y, polisacáridos (más de 20 unidades).

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La química de los alimentos. Definición y clasificación de edulcorantes.

Los edulcorantes son sustancias adicionadas cuya finalidad es aportar sabor dulce. El edulcorante más conocido es el azúcar común llamado también azúcar blanco o azúcar refinado o sacarosa. Debido a que un elevado consumo de azúcar puede favorecer la aparición de problemas como caries, sobrepeso, trastornos en el metabolismo de las grasas y diabetes, cada vez se sustituye más por otros productos sustitutivos del azúcar, y aditivos edulcorantes.

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La química y los alimentos

Un alimento es toda sustancia no venenosa, comestible o bebible que consta de componentes que pueden ingerirse, absorberse y utilizarse por el organismo para su mantenimiento y desarrollo.

Desde un punto de vista químico, los alimentos tienen la siguiente composición (en tipos de compuestos químicos):

1) Hidratos de carbono o sus constituyentes.

2) Grasas o sus constituyentes.

3) Proteínas o sus constituyentes.

4) Vitaminas o precursores con los que el organismo puede elaborarlas.

5) Sales minerales.

6) Agua.

Por lo tanto, todo lo que comemos es una mezcla de compuestos químicos.

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La Química: Ciencia central en el siglo XXI.

La madurez de la química como ciencia moderna se alcanzó a finales del siglo XVIII gracias a los experimentos de Lavoisier (1743-1794), que demostró la naturaleza de las reacciones químicas y la conservación de la masa en las mismas. Estas investigaciones y las de otros químicos relevantes de la época condujeron al estudio de sustancias naturales (lo que era lógico teniendo en cuenta que la química es una de las 5 ciencias naturales básicas); pero, con el objeto de imitar a la naturaleza, los químicos empezaron a preguntarse si se podrían generar sustancias naturales en un tubo de ensayo y, aún más relevante, obtener sustancias no naturales que podrían mejorar las propiedades de las sustancias naturales.

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La Química: la ciencia de lo cotidiano y de las interacciones electromagnéticas

Originalmente solo existía una Ciencia Natural, que se denominaba . Con la adquisición de nuevos conocimientos, ésta se dividió en diversas ramas, dando lugar a las cuatro ciencias naturales clásicas: Física, Química, Biología y Geología. Desarrollos posteriores de las Ciencias Naturales clásicas dieron lugar a nuevas especialidades [Bioquímica, Biofísica, Geoquímica, Geofísica, Físicoquímica (o Química Física), Paleontología] como híbridos de las anteriores. Desde hace unos años, la especialización se está acentuando llegando a lo que considero tercera y cuarta generaciones de Ciencias naturales.

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Cinética y dinámica química

Una parte importante de la química física es el estudio de los mecanismos de reacción; lo que implica conocer el “camino” por el que los sustratos (materiales de partida, reactivos, reactantes) se convierten en los productos en una reacción química. Tiene tres aspectos relacionados a considerar:

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Martin Gardner, la química y la cristalografía en la Semana de la Ciencia

¿Qué tiene que ver Martín Gardner, el prolífico y excelente divulgador de las matemáticas recreativas, y la química y la cristalografía?

Si quieres enterarte, acude a la sesión que tendrá lugar mañana lunes 3 de noviembre en la Facultad de Matemáticas de la Universidad Complutense de Madrid.

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Bernardo Herradón
@QuimicaSociedad

Matemáticas, cristalografía y química

Mañana se celebrará una jornada sobre Matemáticas, cristalografía y química en la sede del Instituto de Química Física del CSIC (IQFR-CSIC), especialmente dirigida a estudiantes de 4º de ESI y 1º de bachillerato. Contaremos con la presencia de alrededor de 90 estudiantes de los siguientes centros: IES Beatriz Galindo, IES Alameda de Osuna, Colegio Nuestra Señora del Carmen y Colegio Santo Domingo Savio.

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En la primera parte, tras una breve presentación de la actividad, se impartirán dos conferencias cortas a cargo del profesor Martín Martínez-Ripoll, que relatará una breve historia de la cristalografía con especial atención a las relaciones con la química, y del profesor Manuel de León, que describirá algunas de las importantes aportaciones de las matemáticas al desarrollo de la cristalografía desde el estudio de los cristales de hielo por parte de Kepler, que supone el nacimiento de la cristalografía moderna y el comienzo de la larga relación entre la cristalografía y las matemáticas.

En la presentación de la jornada se describirá brevemente la relación de la cristalografís con otras ciencias, como se indica en la siguiente imagen.

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En la segunda parte, alumnos del colegio Nuestra Señora del Carmen nos explicarán los experimentos que les hicieron ganar un premio en el concurso Cristalización en la Escuela. Posteriormente, los alumnos realizarán una visita guiada a los laboratorios de cristalografía del IQFR-CSIC y visionarán varios videos sobre cristalografía.

Esperamos que la visita sea fructífera para los asistentes y que sirva para motivar a los jóvenes estudiantes.

Nota 1: Este post participa en el VIII Festival de la Cristalografía, organizado por este blog.

Nota 2: Este post también participa en el XXXIX Carnaval de Química (edición: Y) (@CarnavalQuimica), que organiza el  blog Gominolas de Petróleo (@gominolasdpetro).

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Bernardo Herradón
(@QuimicaSociedad)

La formulación y la nomenclatura química

La Sección Técnica de Enseñanza de la Asociación de Químicos de Madrid, en colaboración con la Facultad de Químicas de la Universidad Complutense de Madrid organiza la Mesa Redonda titulada La formulación y la nomenclatura: claves para la enseñanza de la química, esta destinado a docentes de cualquier nivel (secundaria, FP, universidad).

Tendrá lugar el 5 de febrero 2014 de 17,00 h. a 19,00 en la Facultad de Químicas de la Universidad Complutense de Madrid. Salón de Tesis (Biblioteca).

La actualización científica es una necesidad y un quehacer de los docentes, que les permite mantener un nivel de conocimientos adecuado dentro de una sociedad que avanza vertiginosamente en el mundo de la ciencia y de la técnica.
El expresar los conceptos químicos mediante un lenguaje universal es un aspecto que tiene indudables ventajas. Por ello, conocer y aplicar, en su caso, las recomendaciones que sobre formulación y nomenclatura química establece la IUPAC, es esencial para cualquier docente de química y, fundamentalmente, de Enseñanza Secundaria.
Por este motivo, se llevará a cabo un debate sobre la enseñanza de la formulación y nomenclatura química en Secundaria, en el que participan personas pertenecientes a los distintos niveles, que nos darán una visión amplia del tema. Así, se analizará la normativa y como se contempla la nomenclatura química en el currículo de la LOE y en el borrador de currículo de la LOMCE, se describirá las principales novedades de las Recomendaciones de 2005 de la IUPAC sobre formulación y nomenclatura, y se abordará las posibles implicaciones en las Pruebas de Acceso a la Universidad.

PONENTES:
D. Mario Redondo Ciércoles: Inspector de Educación. Presidente de la Sección Técnica de Enseñanza de la Asociación de Químicos de Madrid.
D. Santiago Herrero Domínguez: Profesor de Universidad (UCM).
D. Ana Gómez Gómez: Profesora de IES.
D. Gabriel Pinto Cañón: Profesor de Universidad (UPM). Miembro del Grupo de Didáctica de la RSEQ.
D. Antonio Rey Gallo: Profesor de Universidad. Coordinador de PAU por la UCM.

MODERADOR:

D. Emilio Gómez Castro, Sección Técnica de Enseñanza de la Asociación de Químicos de Madrid y coordinador de la Comisión Nacional de Enseñanza de ANQUE

La asistencia es libre y gratuita, hasta completar el aforo, enviando un e-mail a colquim@quimicosmadrid.org; indicando en el mismo su intención de asistir a la mesa redonda sobre “La formulación y nomenclatura: claves para la enseñanza de la química”.

Remitido por:
Sección Técnica de Enseñanza
Asociación de Químicos de Madrid

Paul Ehrlich y el nacimiento de la quimioterapia

Las infecciones por microorganismos han causado millones de muertes en la historia de la humanidad. Esta situación se empezó a paliar con el nacimiento de la quimioterapia, cuyos orígenes se remontan a las investigaciones de Paul Ehrlich (1854-1915). Ehrlich empezó su carrera científica estudiando la posibilidad de usar los colorantes desarrollados por Perkin en el teñido de tejidos de seres vivos (una técnica habitual actualmente, tanto en histología como en biología celular).

Ehrlich

Ehrlich estaba convencido de que las enfermedades causadas por microorganismos se podrían curar por tratamiento con compuestos químicos, actualmente denominados antibióticos. Para ello deberían tener una toxicidad selectiva, es decir deberían ser más tóxicos para el patógeno que para el organismo huésped (el ser humano). A principios del siglo XX, el grupo de Ehrlich desarrolló el primer tratamiento quimioterapéutico de manera sistemática. Se basó en la estructura del atoxyl, un derivado de arsénico con propiedades antibióticas pero muy tóxico, y empezaron a preparar centenares de compuestos que se ensayaron para determinar su actividad biológica. Estas investigaciones dieron lugar al desarrollo del salvarsán, el primer agente quimioterapéutico eficaz, que, aunque tenía cierta toxicidad, esta era mucho menor que el atoxyl y además era mucho más activo frente a ciertos microorganismos. El salvarsán (o arsfenamine) fue el medicamento utilizado para tratar numerosas enfermedades (la sífilis, especialmente) hasta la década de 1940, en que fue reemplazado por la penicilina.

Atoxyl_Salvarsan

En la imagen siguiente, el cuaderno de laboratorio de Ehrlich describiendo el experimento con salvarsán (el compuesto 606 que probaron).

Ehrlich_CUaderno_Laboratorio_Salvarsan

Aunque la estructura propuesta originalmente para el salvarsán es la indicada en la imagen anterior, actualmente sabemos que realmente es una mezcla de tres compuestos, indicados en la imagen siguiente. Dos de los tres compuestos son estructuras heterocíclicas conteniendo arsénico (ya se sabe, en química orgánica, un heterociclo es un sistema con algún átomo distinto de carbono). A este resultado se llegó en 2005, tras un siglo de controversia científica.

Salvarsan-montage

Bibliografía:

1)    B. Herradón. Los Avances de la Química. Libros de la Catarata-CSIC, 2011.

2)    N. C. Lloyd, H. W. Morgan, B. K. Nocholson, R. S. Ronimus. The Composition of Ehrlich’s Salvarsan: Resolution of a Century-Old Debate. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 941-944.

3)    F. Stern. Paul Ehrlich: The Founder of Chemotherapy. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4254-4261.

4)    R. Koch. Paul Ehrlich. En Great Chemists, E. Farber (ed), 1941.

Nota: Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que se aloja en este blog Educación Química

Bernardo Herradón
CSIC

¿Cuales son los fundamentos de la química?

¿Cuales son los fundamentos de la química? ¿Cuales sus ideas básicas? Si tuviésemos que explicar la química de una manera concentrada y reducida ¿qué enseñaríamos? Por eso, para todos lo interesados en la química, lanzo la siguiente encuesta:

¿Cuales son las ideas/teorías/leyes fundamentales de la química?

Propón tres.

Puedes contestar a través de este blog, en el blog Educación Química, la página de Facebook Todo es Química-2012 (https://www.facebook.com/todoesquimica2012) o a través de un mensaje en Twitter (@QuimicaSociedad)

Bernardo Herradón
CSIC

Encuesta: Las ideas fundamentales de la química

¿Cuales son los fundamentos de la química? ¿Cuales sus ideas básicas? Si tuviésemos que explicar la química de una manera concentrada y reducida ¿qué enseñaríamos? Por eso, para todos lo interesados en la química, lanzo la siguiente encuesta:

¿Cuales son las ideas/teorías/leyes fundamentales de la química?

Propón tres.

Puedes contestar a través de este blog, en el blog Química y Sociedad, en la página de Facebook Todo es Química-2012 (https://www.facebook.com/todoesquimica2012) o a través de un mensaje en Twitter (@QuimicaSociedad)

Nota: Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que aloja este blog.

Bernardo Herradón
CSIC
 

La esencia de la química

La esencia de la química no es sólo descubrir, sino crear nuevas expresiones de complejidad.

Esta frase la ha pronunciado Jean Marie Lehn (Premio Nobel de Química en 1987) durante su conferencia en el 63th Lindau Nobel Laureate Meeting (LNLM-13). Desde el primer minuto de la conferencia, Lehn convenció a la audiencia de la importancia de la química gracias a sus múltiples facetas y al valor que tiene para que otras ciencias, especialmente la física (las leyes del universo) y la biología (las reglas de la vida), puedan progresar. De hecho, Lehn representó a la química como un puente que une estas otras dos ciencias, lo que ya he discutido en post anteriores en algunos de mis blogs (algunos de los artículos o copias de las conferencias se pueden descargar en los siguientes enlaces: enlace 1, enlace 2, enlace 3, enlace 4, enlace 5).

La conferencia de Lehn fue después de dos investigadores que trabajan en la frontera entre la química y la biología: Aaron Ciechanover (Premio Nobel de Química en 2004) y Erwin Neher (Premio Nobel de Medicina en 1991), que hicieron presentaciones muy interesantes que comentaré en un próximo post. La conferencia de Ciechanover trató sobre el futuro del desarrollo de fármacos, llegando a la conclusión de que tendremos una medicina personalizada. Por otro lado, el título de la conferencia de Neher (Chemistry helps biology….) ya dejaba claro el matiz de su conferencia. En esta última conferencia se abordó las repercusiones biomédicas que tiene el estudio de los mecanismos de transmisión sináptica, lo que podría dar lugar a fármacos personalizados.

Lehn (en la imagen, durante su conferencia) empezó citando la medicina personalizada, los fármacos personalizados; para concluir que lo que realmente deberíamos tener en el futuro es una química personalizada. ¡Toda una declaración de intenciones!

Durante su conferencia, Lehn remarcó como la química pasó del átomo a la molécula, dando lugar a, lo que durante mucho tiempo, se consideró la ciencia molecular. Posteriormente, y en investigaciones en las que él fue pionero junto a Donald Cram se pasó de una química molecular a una química supramolecular, basada en el reconocimiento molecular; es decir, como las moléculas (distintas o iguales) interaccionan entre sí; generando agrupaciones moleculares (las supramoléculas) que son, realmente, las responsables de las propiedades de la materia ordinaria que conocemos (dejemos a un lado la materia oscura). Lehn compartió el Premio Nobel con Cram y con  Charles Pedersen, el primer científico que obtuvo un éter corona, que es un tipo de sustancias orgánicas capaces de complejar cationes. En la siguiente imagen, la estructura del 18-éter corona-6 complejada con el catión potasio (fuente: Wikipedia), uno de los éteres corona más sencillos, formada por 12 grupos metileno (CH2) y 6 átomos de oxígeno. Esta estructura es muy estable, pues los 6 átomos de oxígeno, actuando como base de Lewis, coordinan al catión potasio (ácido de Lewis).

18-crown-6-potassium-3D-balls-A

La materia se forma por el ensamblaje de moléculas, a través de enlaces no-covalentes, pudiéndose asimilar a la fabricación de un dispositivo (por ejemplo, un secador de pelo) en el que vamos colocando las piezas adecuadas en el sitio correcto. Si las piezas interaccionan adecuadamente, se puede realizar una función; con las moléculas pasa lo mismo, si las moléculas interaccionan entre sí de manera adecuada, pueden llegar a realizar una función; este es el fundamento de las máquinas moleculares: dispositivos de tamaño molecular que son capaces de convertir una fuente de energía (generalmente calor o luz) en trabajo mecánico.

Volvamos a las interacciones no covalentes. Son la base sobre la que se sustenta la química supramolecular. A continuación algunos ejemplos de interacciones no-covalentes. Un tipo ubicuo de interacción no-covalente es el enlace de hidrógeno, que es el responsable de que el agua, la molécula más importante, tenga unas propiedades químico-físicas (alto punto de ebullición, bajo punto de fusión, alta capacidad calorífica, etc,), fundamentales para la existencia de vida en nuestro planeta.

Agua_EH

El enlace de hidrógeno también es reponsable de la existencia de la doble hélice en el DNA, de la estructura de las proteínas, y de las consecuencias de muchos procesos bioquímicos en los que participan estas biomacromoléculas.

DNA_Doble Helice

Pero, además, los enlaces de hidrógeno son también los responsables de la existencia de las estructuras cristalinas en numerosos compuestos (en la imagen, la red de enlaces de hidrógeno, en rojo y azul, de un compuesto sintetizado en mi grupo).

Aunque los enlaces de hidrógeno son las interacciones no covalentes más frecuentes, no son las únicas; habiéndose identificado multitud de interacciones, cuya explicación queda fuera del alcance de este artículo; pero entre las que quiero destacar las participadas por compuestos aromáticos, un tema en el que llevo investigando bastante tiempo.

Por lo tanto, aunque los químicos hablamos siempre de moléculas, realmente nosotros nunca manipulamos moléculas, sino lo que hacemos es manipular un número muy grande (en la práctica podemos decir que infinito) de moléculas, esto es debido a que existe el número de Avogadro (un poco mayor de 6 x 1023 moléculas por mol) un número inmenso que nos da idea del diminuto tamaño de las moléculas. Por lo tanto, la materia existe porque existen las interacciones no-covalentes y los químicos pueden diseñar y fabricar materiales basándose en las posibles interacciones no-covalentes entre las moléculas del material.

Otra característica de las interacciones no-covalentes es que son débiles, en comparación con los enlaces covalente, lo que significa que se pueden romper (y volver a formar, o dar lugar a otro tipo de interacciones) fácilmente; lo que resulta en procesos dinámicos en los que varias especies supramoleculares pueden convertirse entre ellas.

Todas estas características (reconociminto molecular entre especies químicas, iguales o distintas; interacciones no covalentes; y procesos dinámicos) han sido usada por el grupo de Lehn para generar estructura supramoleculares que se pueden auto-organizar (de hecho, esta es la base de la auto-organización en sistemas biológicos) para llegar a realizar una función; es lo que Lehn define como química adaptativa; que es la razón por la que la materia es compleja. En este contexto, el diseño de las estructuras propuestas por Lehn se basan en dos conceptos: interacción para enlazar moléculas no-covalentemente e información para seleccionar función; llegando a la definición de la química como la ciencia de la materia informada.

En definitiva, una gran conferencia en la que demostró uno de los senderos por lo que transcurrirá la química en los próximos años.

Nota-1: Este post es una versión ampliada del artículo original publicado en el blog del LNLM-13.

Nota-2: Este post participa en el XXVI Carnaval de Química, que organiza el propio LuisMoreno Martínez  en el blog El Cuaderno de Calpurnia Tate.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es