Mitología y arte en la tabla periódica

Cuando la asamblea general de las naciones Unidas decidió el 20 de diciembre de 2017 declarar el año 2019 como Año Internacional de la tabla Periódica de los Elementos Químicos (AITP) fue una grata noticia, pero no una sorpresa, ya que toda la población con una educación elemental ha visto alguna vez en su vida una tabla periódica. la conmemoración coincide con el 150 aniversario de la publicación de la primera versión del sistema periódico por Dimitri Ivánovich Mendeléiev en 1869.

Por otra parte, el AITP coincidirá con el centenario de la fundación de la iUPAC (Unión Internacional de Química Pura y aplicada).

En España, como en muchos otros países, se organizarán diferentes actividades, como este ciclo, y se emitirá un sello conmemorativo de esta celebración.

Más información en el grupo de Facebook AITP.

Como comienzo de los actos relacionados con el AITP, el próximo lunes se celebrará una conferencia en la Residencia de Estudiantes del CSIC. El ponente será el profesor Pascual Román Polo, un gran experto en la vida de Mendeléiev y en la historia y significado de la tabla periódica.

Más información en el cartel.

Bernardo Herradón

Humphry Davy

El 29 de mayo se conmemora el 187º aniversario del fallecimiento de Humphry Davy.

Davy (1778-1829) consiguió aislar metales muy reactivos, como el sodio, el potasio, el estroncio, el bario y el magnesio; así como el boro (simultáneamente a Gay-Lussac). Identificó el cloro y el yodo como elementos químicos, que habían sido descubierto con anterioridad, pero no reconocidos como tales. El cloro había sido aislado por Scheele pero pensaba que era un compuesto químico que contenía oxígeno.

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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.

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La geoquímica aparece en el curso de divulgación

La próxima semana tendremos un tema nuevo en el curso de divulgación Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad. El profesor Antonio Gutierrez impartirá una conferencia sobre Geoquímica y elementos químicos el próximo día 31 de marzo.

Más información en el cartel.

Diapositiva1

La tabla periódica desde edades tempranas

En estos dos videos, una simpática y dicharachera niña de tres años demuestra que se puede aprender la Tabla Periódica y algunas propiedades de los elementos químicos desde edad muy temprana.

Seguramente su familia le fue enseñando como si fues eun juego, lo que es una muy buena estrategia educativa.

¡Que cunda el ejemplo!

 

Bernardo Herradón

Director del curso “Los Avances de la química y su Impacto en la Sociedad

 

 

 

El teatro: una manera eficaz de divulgar ciencia. La tabla periódica en la Noche de los Investigadores.

El uso de los estilos literarios clásicos, como el teatro, el cuento y la novela, son iniciativas valiosas para divulgar la ciencia. Una de las iniciativas más interesantes de los últimos años es la obra de teatro Estáis hechos unos elementos: Una historia de la tabla periódica, escrita por Antonio Marchal, profesor de la Universidad de Jaén. Mañana (día 28 de septiembre) habrá una representación de la obra completa en el IES Beatriz Galindo, dentro de las actividades de la Noche de los Investigadores en Madrid, organizada por la ANQUE. La semana que viene habrá dos representaciones en formato reducido durante la fase final del concurso Ciencia en Acción.

La obra se estrenó el 25 de septiembre de 2011 coincidiendo con la Noche de los Investigadores, siendo un éxito, como lo recogieron los periódicos locales (http://diariodigital.ujaen.es/node/25933, ver imagen de la noticia más abajo). La obra de teatro constituyó una de las actividades más originales durante el Año Internacional de la Química.

(pulsando sobre la imagen, se puede visualizar en tamaño más grande)

La obra presenta, de manera divertida y amena, a quienes descubrieron algunos elementos químicos, cómo los descubrieron y cómo están presentes en la vida diaria. La puesta en escena en el estreno contó con la dirección de la actriz Noelia Rosa y la interpretación de los actores y actrices de los grupos de teatro universitarios jiennenses In Vitro y Mamadou.

La pasada edición de Anales de Química publicó un artículo de Antonio Marchal describiendo la génesis y el desarrollo de la obra. El artículo lo podéis descargar aquí.

 

 

 

 

Bernardo Herradón-García
CSIC
herradon@iqog.csic.es

Recordando a uno de los grandes: Humphry Davy (1778-1829)

Hoy 29 de mayo se conmemora el 183º aniversario del fallecimiento de Humphry Davy (1778-1829).

Davy (1778-1829) consiguió aislar metales muy reactivos, como el sodio, el potasio, el estroncio, el bario y el magnesio; así como el boro (simultáneamente a Gay-Lussac). Identificó el cloro y el yodo como elementos químicos, que habían sido descubierto con anterioridad, pero no reconocidos como tales. El cloro había sido aislado por Scheele pero pensaba que era un compuesto químico que contenía oxígeno.

Hizo estudios que definieron el carácter ácido de las sustancias químicas. Lavoisier había postulado que todos los ácidos tenían oxígeno. En 1811 Davy encontró, al estudiar el ácido muriático (clorhídrico, HCl), que no es necesario oxígeno para tener un ácido y llegó a la conclusión de que el principio ‘acidificante’ es el hidrógeno. En 1814, Davy afirmó que la acidez no depende de ninguna sustancia elemental, sino más bien es consecuencia de una combinación peculiar de varios elementos.

En 1815 inventó la lámpara para mineros, que hacía más segura la extracción del carbón. Investigó diversos óxidos, especialmente de nitrógeno, como el óxido nitroso (el gas de la risa) que usó como anestésico y que probó él mismo.

Davy fue una de las figuras científica y humana más destacada de su época (comienzos del romanticismo). De familia muy humilde, con esfuerzo y una muy alta capacidad intelectual, llegó a la cumbre científica y social (fue nombrado Sir). Desde 1802 fue el primer profesor de química de la Royal Institution (RI). Esta institución fue creada en 1799 como centro de investigación, que actualmente sigue en activo; siendo una de las más prestigiosas del mundo, en la que han trabajado científicos de gran importancia. Aunque era muy joven (23 años), Davy fue contratado por la RI para encargarse del laboratorio de química. Instauró un laboratorio de electroquímica (denominado de galvanismo en aquella época) con el que alcanzó rápida fama como científico y como divulgador de la ciencia.

Una de las actividades que implantó fueron las conferencias (con demostraciones prácticas) abiertas para el público en general que llenaban el auditorio de la RI, habiendo dificultades para conseguir entradas. Fueron muy populares en su época y la tradición se mantiene tras más de 200 años. De hecho, las conferencias navideñas de la Royal Institution son frecuentemente transmitidas por la televisión británica (BBC). Davy renunció a su puesto de profesor en la RI en 1812, manteniendo el de director del Laboratorio de Química hasta 1825. Llevó una vida muy activa. Se casó con una viuda rica (que le garantizó bienestar económico), viajó frecuentemente por Europa, impartió conferencias, realizó investigaciones químicas e inventos, asesoró al almirantazgo británico, y fue presidente de la Royal Society (la sociedad científica fundada por Boyle y sus coetáneos).

Aunque Davy falleció relativamente joven (en Suiza, durante uno de sus viajes), sus logros científicos fueron inmensos; aunque ‘el descubrimiento del que más presumió fue el de Michael Faraday’.

Bibliografía:

1) R. Lamont-Brown, Humphry davy. Life beyond the lamp. Sutton Publishing, 2004.

2) D. Knight, Humphry Davy. Science and Power. Cambridge University Press, 1992.

Notas:

1) Adaptado del libro Los avances de la química (Libros de la Catarata-CSIC, 2011).

2)  Este post participa en la XV Edición del Carnaval de Química, que aloja el blog El cuaderno de Calpurnia Tate.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Humphry Davy

El 29 de mayo se conmemoró el 183º aniversario del fallecimiento de Humphry Davy.

Davy (1778-1829) consiguió aislar metales muy reactivos, como el sodio, el potasio, el estroncio, el bario y el magnesio; así como el boro (simultáneamente a Gay-Lussac). Identificó el cloro y el yodo como elementos químicos, que habían sido descubierto con anterioridad, pero no reconocidos como tales. El cloro había sido aislado por Scheele pero pensaba que era un compuesto químico que contenía oxígeno.

Hizo estudios que definieron el carácter ácido de las sustancias químicas. Lavoisier había postulado que todos los ácidos tenían oxígeno. En 1811 Davy encontró, al estudiar el ácido muriático (clorhídrico, HCl), que no es necesario oxígeno para tener un ácido y llegó a la conclusión de que el principio ‘acidificante’ es el hidrógeno. En 1814, Davy afirmó que la acidez no depende de ninguna sustancia elemental, sino más bien es consecuencia de una combinación peculiar de varios elementos.

En 1815 inventó la lámpara para mineros, que hacía más segura la extracción del carbón. Investigó diversos óxidos, especialmente de nitrógeno, como el óxido nitroso (el gas de la risa) que usó como anestésico y que probó él mismo.

Davy fue una de las figuras científica y humana más destacada de su época (comienzos del romanticismo). De familia muy humilde, con esfuerzo y una muy alta capacidad intelectual, llegó a la cumbre científica y social (fue nombrado Sir). Desde 1802 fue el primer profesor de química de la Royal Institution (RI). Esta institución fue creada en 1799 como centro de investigación, que actualmente sigue en activo; siendo una de las más prestigiosas del mundo, en la que han trabajado científicos de gran importancia. Aunque era muy joven (23 años), Davy fue contratado por la RI para encargarse del laboratorio de química. Instauró un laboratorio de electroquímica (denominado de galvanismo en aquella época) con el que alcanzó rápida fama como científico y como divulgador de la ciencia.

Una de las actividades que implantó fueron las conferencias (con demostraciones prácticas) abiertas para el público en general que llenaban el auditorio de la RI, habiendo dificultades para conseguir entradas. Fueron muy populares en su época y la tradición se mantiene tras más de 200 años. De hecho, las conferencias navideñas de la Royal Institution son frecuentemente transmitidas por la televisión británica (BBC). Davy renunció a su puesto de profesor en la RI en 1812, manteniendo el de director del Laboratorio de Química hasta 1825. Llevó una vida muy activa. Se casó con una viuda rica (que le garantizó bienestar económico), viajó frecuentemente por Europa, impartió conferencias, realizó investigaciones químicas e inventos, asesoró al almirantazgo británico, y fue presidente de la Royal Society (la sociedad científica fundada por Boyle y sus coetáneos).

Aunque Davy falleció relativamente joven (en Ginebra, durante uno de sus viajes), sus logros científicos fueron inmensos; aunque ‘el descubrimiento del que más presumió fue el de Michael Faraday’.

Bibliografía:

1) R. Lamont-Brown, Humphry davy. Life beyond the lamp. Sutton Publishing, 2004.

2) D. Knight, Humphry Davy. Science and Power. Cambridge University Press, 1992.

Nota Adaptado del libro Los avances de la química (Libros de la Catarata-CSIC, 2011).

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Tabla periódica gigante

Los alumnos del IES Valle del Saja de Cabezón de la Sal (Cantabria) han realizado una tabla periódica gigante con información de cada uno de los elementos químicos. El trabajo ha sido dirigido por Covadonga Gutierrez y Alberto Aguayo.

Seguro que la experiencia ha sido muy satisfactoria para todos, los profesores y alumnos; y éstos han aprendido muchísimo al hacerla.

La tabla periódica completa tiene un tamaño considerable y de hecho, la foto completa se ha tenido que obtener a trozos (disculpad por la calidad de la imagen; podéis verla en tamaño más grande pinchando sobre la imagen).

Cada elemento se ilustra con una imagen adecuada y un texto sobre su origen, obtención, aplicaciones, etc. Seguro que los alumnos aprendido mucha química haciendo la tabla periódica, conocimiento que no se les va a olvidar. Este tipo de actividades es muy recomendable para enseñar conceptos en química.

A continuación se muestran imágenes con información del helio y del silicio.

 

Este artículo participa en el VIII Carnaval de Química que organiza el blog Caja de Ciencia.

Bernardo Herradón García
CSIC
herradon@iqog.csic.es

Las otras facetas de la química

Como una de las acciones relacionadas con el Año Internacional de la Química, la edición de septiembre de la revista Nature Chemistry publica un dossier con siete artículos abordando aspectos de la química más allá del trabajo en el laboratorio, de las tareas de invstigación (Chemistry Beyond the Bench). La motivación de esta iniciativa es reflexionar sobre aspectos de la química con la sociedad; incidiendo en la poca apreciación que la gente tiene por la química a pesar de los múltiples beneficios que le proporciona.También se reflexiona sobre la transmisión del conocimiento, la educación de los futuros químicos, las necesidades de la industria química y las posibilidades de la mujer en la carrera investigadora en química.

Como se menciona en el editorial, la química ha logrado grandes cosas en el pasado siglo, siendo responsable de los avances que disfruta nuestro mundo moderno; pero si queremos que la química tenga un futuro global y sostenible en los próximos 100 años, se tiene que mejorar en aspectos como la comunicación, educación y accesibilidad.

Para lograr estos objetivos, los profesionales de la química debemos hacer todos los esfuerzos necesarios.

El dossier es de acceso libre durante el mes de septiembre. Se puede descargar aquí. A continuación se comentan los artículos.

Sex and the citadel of sex. Escrito por Michelle Francl. La autora reflexiona sobre el papel que la mujer tiene en el desarrollo de la química y como se valora su trabajo. Aunque ya han pasado 100 años desde el Premio Nobel de Química a Marie Curie, sólo otras tres mujeres más lo han conseguido: su hija Irene Joliot-Curie (1935), Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1964) y Ada Yonath (2009). Evidentemente, un resultado escaso para los muchos méritos y actividades de las mujeres en química.

Communicating chemistry for public engagement. Escrito por Matthew R. Hartings y Declan Fahy. El artículo destaca la importancia de comunicar la química a la sociedad, principalmente para contrarrestar la extensa quimiofobia social. Esta quimiofobia es debida principalmente al desconocimiento que el público tiene de los logros alcanzados pro la química y, en parte, es debido a la actitud y dejadez de los quimicos explicando nuestra ciencia.

The two faces of chemistry in the developing chemistry. Escrito por C. N. R. Rao. El autor investiga en la India y explica la situación de la investigación de la química en los países emergentes. Se concluye que la química, como una parte del conocimiento humano, debe ser desarrollada adecuadamente en estos países (y en todos los del mundo) pues es una necesidad para el bienestar de la humanidad.

From crazy chemists to engaged learners through education. Escrito por David K. Smith. Se comienza discutiendo la imagen que de los químicos se da en los medios de comuniacación, especialmente en televisión y especialmente dirigidas a la juventud; que muchas veces es una imagen deformada de la realidad. Para combatir esta situación, se incide en la necesidad de educar convenientemente a los jóvenes.

The changing landscape of careers in the chemical industry. Escrito por Keith J. Watson. Se hace una breve presentación de los cambios experimentados por la industria química en las últimas décadas, desde aspectos como la globalización a la focalización en la producción de sustancias química altamente especializadas. Se discute las necesidades que actualmente tiene la industria química y la formación que debe tener el químico trabajando para la industria.

Minerals go critical. Escrito por Roderick G. Eggert. La tecnología está requiriendo que los químicos investiguen las aplicaciones de compuestos de prácticamente todos los elementos del sistema periódico. Las fuentes de éstos son los minerales. En los últimos años se está temiendo que su suministro no esté asegurado o su precio aumente considerablemente. Sin duda, estos aspectos son estratégicos en nuestro desarrollo futuro.

Getting physical to fix pharma. Escrito por P. R. Connelly, T. M. Vuong y M. A. Murcko. Se discute la situación actual de la industria farmacéutica. Todos sabemos que es un sector en crisis en parte porque no se consiguen nuevas entidades químicas que puedan convertirse en fármacos; aunque se sigue invirtiendo mucho dinero en la síntesis de nuevas moléculas y en los ensayos biológicos. Los autores proponen estudiar más detalladamente las propiedades químico-físicas de las moléculas para facilitar el desarrollo de nuevos fármacos.

En definitiva, se abordan aspectos interesanetes relacionados con la química, aunque he echado en falta algún artículo más, como por ejemplo el futuro de los jóvenes químicos en carreras académicas, los problemas de conseguir financiación por parte de las agencias oficiales, o la inflación científica; es decir, ¿por qué se publica tanto?, la inmensa mayoría artículos irrelevantes, ¿por qué se están retirando tantos artículos publicados?, especialmente en revistas de muy alto índice de impacto.

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

 

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.

El protón es una partícula subatómica con carga positiva y el electrón es una partícula subatómica con carga negativa. La tercera partícula subatómica importante es el neutrón que también está en el núcleo atómico y que es neutra eléctricamente. El protón y el neutrón tiene aproximadamente la misma masa. El electrón es mucho más ligero (aproximadamente 1836 veces en reposo).

La principal característica de un elemento químico es el número de protones del núcleo, que se define como el número atómico. Puesto que la masa del protón y del neutrónes aproximadamente iguales, la suna del número de protones y neutrones es, redondeando a números enteros, la masa atómica (también frecuentemente denominado peso atómico). La masa de los electrones se desprecia a la hora de calcular la masa de los átomos.

Los elementos químicos pueden tener más de un tipo de átomos, que se conocen como isótopos. Los isótopos son los átomos de un elemento químico que, teniendo el mismo número de protones (que define el elemento en cuestión), poseen diferente número de neutrones; por lo tanto, masas distintas.

El hidrógeno es el componente más abundante del universo, constituyendo aproximadamente el 75% de la masa conocida y más del 90% de los átomos del universo. El hidrógeno (número atómico, 1), el helio (número atómico, 2) y el litio (número atómico, 3) fueron los tres elementos que se formaron en el big-bang . Todos los elementos químicos naturales (hasta el número 92 en la tabla Periódica) se formaron como consecuencia de la nucleosíntesis tras el big-bang, primero el hidrógeno, luego el helio y, así sucesivamente, los elementos más pesados según su número atómico.

Las estrellas están principalmente constituida por hidrógeno en forma de plasma (un estado de la materia distinta  a las habituales que conocemos: gas, líquido o sólido). En un plasma hay separación de iones. En las estrellas, los núcleos de hidrógeno (cargados positivamente) están agrupados y los electrones (cargados negativamente) están separados de los núcleos. Este estado de la materia tiene una altísima conductividad eléctrica. El núcleo del Sol está formado por hidrófgeno, altamente comprimido y a muy alta temperatura (13 millones de grados). La densidad del núcleo del Sol es aproximadamente de 200 kg/l (compara con la densidad del hidrógeno en condiciones normales de presión y temperatura, que es de 0’00009 kg/l, 2’2 millones de veces menor. En estas condiciones, los nucleos de hidrógeno se fusionan. De esta fusión niclear se genera gran cantidad de energía (lo que se pretende hacer en las plantas de fusión nuclear, como el ITER). La radiación generada en el núcleo del Sol tarda un millón  de años en alcanzar la superficie de la estrella. El Sol convierte 600 millones de toneladas de hidrógeno en helio por segundo, convirtiendo alrededor de 5 millones de toneladas de materia en energía (según la ecuación de Einstein,   E = mc2.

El hidrógeno (elemento de número atómico = 1, ocupando el primer lugar en la Tabla Periódica) tiene tres isótopos; que difieren en el número de neutrones del núcleo, pudiendo ser cero, uno o dos. El que tiene un solo protón se denomina hidrógeno (o protio, un término poco usado) y es el isótopo más abundante. Se denota por 1H (el superíndice indica el peso del isótopo = número de protones + número de neutrones). El otro isótopo del hidrógeno es el deuterio, que tiene un protón y un neutrón en el núcleo, simbolizándose por 2H. La proporción de isótopos del hidrógeno en nuestro planeta es de entre 12500 y 1800 átomos de protio por cada átomo de deuterio (dependiendo del compuesto químico y de su origen). El deuterio fue aislado por Harold Urey en 1931, recibiendo el Premio Nobel en 1934.

Existe un tercer isótopo del hidrógeno (el tritio, 3H) que tiene dos neutrones en el núcleo. Es mucho menos abundante que el deuterio. Se forma por la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera terrestre. También se genera intencionadamente en reactores nucleares, pues tiene aplicaciones en investigaciones químicas, físicas y biológicas.

Un átomo, para mantener su neutralidad eléctrica, tiene que tener el mismo número de electrones que de protones. Si uno de ellos está en exceso, se forman los iones, que pueden ser negativos o positivos, dependiendo de que haya más electrones que protones (iones negativos o aniones) o menos electrones que protones (iones positivos o cationes).

Excepto en el caso de los gases nobles más ligeros, que se encuentran en estado monoatómico; el estado normal de todas las sustancias químicas es formar moléculas: los átomos quieren combinarse entre sí, compartiendo electrones que forman los enlaces químicos. Aunque el hidrógeno se puede generar en estado atómico, esto se consigue en condiciones muy especiales. La forma en la que el elemento químico hidrógeno se encuentra en la naturaleza es en forma de una molécula con dos átomos de hidrógeno, generando la molécula de dihidrógeno (H2, dónde el subíndice indica cuantos átomos están combinados en esa estructura), frecuentemente denominada sólo “hidrógeno” o “hidrógeno molecular”. El dihidrógeno es un gas con un punto de ebullición de 20 K y con punto de fusión de 14 K a presión atmosférica.

El hidrógeno fue generado en el siglo XVII por Robert Boyle al tratar ciertos metales, como zinc o hierro, con ácidos fuertes; y fue aislado por Henry Cavendish en 1766. El dihidrógeno se produce industrialmente por reacción de metano con agua generando una mezcla de monóxido de carbono (CO) y H2, que se denomina gas de síntesis (que también se puede obtener a partir de carbón). También se puede generar por electrolisis de la molécula de agua.

La principal aplicación industrial del hidrógeno es la producción del amoniaco; el compuesto químico más importante en la fabricación de abonos y fertilizantes, que mejoran nuestras cosechas proporcionando alimentos.

El dihidrógeno es un gas muy inflamable. Esta propiedad es debida a que la reacción con oxígeno genera mucho calor. Esta reacción, aunque potencialmente peligrosa, se puede usar de manera controlada para producir energía. La energía generada por la combustión del hidrógeno es limpia y eficaz. Si se resuelven problemas científico-técnicos, como la producción eficiente de H2 y su almacenamiento y transporte seguros; podremos beneficiarnos de la energía química del H2, llegando a alcanzar la denominada economía basada en el hidrógeno.

Otras características importantes del elemento hidrógeno (a comentar en un próximo post) son su capacidad para formar enlaces no covalentes débiles (enlace de hidrógeno) o sus propiedades espectroscópicas que sirvieron de estímulo para el desarrollo de la teoría cuántica.

Lecturas recomendadas:

John Emsley, Nature’s Building Blocks, Oxford University Press, 2003.

Theodore Gray, The Elements. A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe, Black Dog & Leventhal Publishers, 2009.

Conceptos de química, para ampliar la información:

  • Protón
  • Neutrón
  • Electrón
  • Enlace químico
  • Nucleosíntesis
  • Fusión nuclear
  • Tabla periódica
  • Número atómico
  • Peso atómico. Peso atómico estándar.
  • Modelos atómicos: desarrollo histórico
  • Experimentos que permitieron descubrir las partículas sub-atómicas
  • Rayos catódicos
  • Espectrometría de masas
  • ¿Hay alguna partícula más pequeña que forme el neutrón? ¿Y el protón? ¿Y el electrón?
  • Busca quién fue Henry Moseley y por qué fue importante en el desarrollo de la teoría atómica.
  • Busca datos de la biografía de Henry Cavendish. ¿Qué te llama la atención de su biografía? ¿Qué destacas de positivo y negativo de su biografía? ¿Te gustaría ser como él?
  • Buscar aplicaciones científicas y médicas de isótopos radiactivos.
  • Gases nobles. ¿Qué son? ¿Cómo se descubrieron? ¿Dónde se encuentran en la Tabla Periódica? ¿Cual es su característica química principal? ¿Por qué?
  • Reacción de producción de amoniaco.
  • Reacción de electrolisis del agua.
  • Reacción de oxidación del hidrógeno.
  • Fertilizantes y abonos.
  • Gas de síntesis.
  • Economía basada en el hidrógeno.

Actualizado de mis artículos anteriores publicados en:

http://www.quimica2011.es/ciencia-central/el-hidrógeno-¿futura-fuente-de-energí

http://www.losavancesdelaquimica.com/blog/2011/08/31/divulgacion/ensenanza/el-hidrogeno/

Esta entrada participa en el VII Carnaval de Química que aloja Feelsynapsis (http://feelsynapsis.com/pg/groups/116746/carnaval-de-qumica-vii-edicin/)

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

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.

El protón es una partícula subatómica con carga positiva y el electrón es una partícula subatómica con carga negativa. La tercera partícula subatómica importante es el neutrón que también está en el núcleo atómico y que es neutra eléctricamente. El protón y el neutrón tiene aproximadamente la misma masa. El electrón es mucho más ligero (aproximadamente 1836 veces en reposo).

La principal característica de un elemento químico es el número de protones del núcleo, que se define como el número atómico. Puesto que la masa del protón y del neutrónes aproximadamente iguales, la suna del número de protones y neutrones es, redondeando a números enteros, la masa atómica (también frecuentemente denominado peso atómico). La masa de los electrones se desprecia a la hora de calcular la masa de los átomos.

Los elementos químicos pueden tener más de un tipo de átomos, que se conocen como isótopos. Los isótopos son los átomos de un elemento químico que, teniendo el mismo número de protones (que define el número atómico), poseen diferente número de neutrones; por lo tanto, masas distintas.

El hidrógeno es el componente más abundante del universo, constituyendo aproximadamente el 75% de la masa conocida y más del 90% de los átomos del universo. La razón de su abundancia es que fue el elemento químico que se formó primero en el origen del universo. Todos los elementos químicos naturales (hasta el número 92 en la tabla Periódica) se formaron como consecuencia de la nucleosíntesis tras el big-bang, primero el hidrógeno, luego el helio y, así sucesivamente, los elementos más pesados según su número atómico.

Las estrellas están principalmente constituida por hidrógeno en forma de plasma (un estado de la materia distinta  a las habituales que conocemos: gas, líquido o sólido). En un plasma hay separación de iones. En las estrellas, los núcleos de hidrógeno (cargados positivamente) están agrupados y los electrones (cargados negativamente) están separados de los núcleos. Este estado de la materia tiene una altísima conductividad eléctrica.

El hidrógeno (elemento de número atómico = 1, ocupando el primer lugar en la Tabla Periódica) tiene tres isótopos; que difieren en el número de neutrones del núcleo, pudiendo ser cero, uno o dos. El que tiene un solo protón se denomina hidrógeno (o protio, un término poco usado) y es el isótopo más abundante. Se denota por 1H (el superíndice indica el peso del isótopo = número de protones + número de neutrones). El otro isótopo del hidrógeno es el deuterio, que tiene un protón y un neutrón en el núcleo, simbolizándose por 2H. La proporción de isótopos del hidrógeno en nuestro planeta es de entre 12500 y 1800 átomos de protio por cada átomo de deuterio (dependiendo del compuesto químico y de su origen). Existe un tercer isótopo del hidrógeno (el tritio, 3H) que tiene dos neutrones en el núcleo. Es mucho menos abundante que el deuterio. Se forma por la interacción de rayos cósmicos con la atmósfera terrestre. También se genera intencionadamente en reactores nucleares, pues tiene aplicaciones en investigaciones químicas, físicas y biológicas.

Un átomo, para mantener su neutralidad eléctrica, tiene que tener el mismo número de electrones que de protones. Si uno de ellos está en exceso, se forman los iones, que pueden ser negativos o positivos, dependiendo de que haya más electrones que protones (iones negativos o aniones) o menos electrones que protones (iones positivos o cationes).

Excepto en el caso de los gases nobles más ligeros, que se encuentran en estado monoatómico; el estado normal de todas las sustancias químicas es formar moléculas: los átomos quieren combinarse entre sí, compartiendo electrones que forman los enlaces químicos. Aunque el hidrógeno se puede generar en estado atómico, esto se consigue en condiciones muy especiales. La forma en la que el elemento químico hidrógeno se encuentra en la naturaleza es en forma de una molécula con dos átomos de hidrógeno, generando la molécula de dihidrógeno (H2, dónde el subíndice indica cuantos átomos están combinados en esa estructura), frecuentemente denominada sólo “hidrógeno” o “hidrógeno molecular”. El dihidrógeno es un gas con un punto de ebullición de 20 K y con punto de fusión de 14 K a presión atmosférica.

El hidrógeno fue generado en el siglo XVII por Robert Boyle al tratar ciertos metales, como zinc o hierro, con ácidos fuertes; y fue aislado por Cavendish en 1766. El dihidrógeno se produce industrialmente por reacción de metano con agua generando una mezcla de monóxido de carbono (CO) y H2, que se denomina gas de síntesis (que también se puede obtener a partir de carbón). También se puede generar por electrolisis de la molécula de agua.

La principal aplicación industrial del hidrógeno es la producción del amoniaco; el compuesto químico más importante en la fabricación de abonos y fertilizantes, que mejoran nuestras cosechas proporcionando alimentos.

El dihidrógeno es un gas muy inflamable. Esta propiedad es debida a que la reacción con oxígeno genera mucho calor. Esta reacción, aunque potencialmente peligrosa, se puede usar de manera controlada para producir energía. La energía generada por la combustión del hidrógeno es limpia y eficaz. Si se resuelven problemas científico-técnicos, como la producción eficiente de H2 y su almacenamiento y transporte seguros; podremos beneficiarnos de la energía química del H2, llegando a alcanzar la denominada economía basada en el hidrógeno.

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

La tabla periódica de los artistas

La Sociedad Química Australiana (Royal Australian Chemical Institute, RACI) ha creado una tabla periódica dónde cada elemento químico se representa por un grabado. El trabajo ha sido realizado en colaboración entre 38 grabadores tasmanos y 75 químicos australianos. La tabla periódica se puede visualizar en INTERNET y pulsando sobre cada elemento proporciona la imagen en tamaño mayor y una breve información sobre el elemento.

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

Bienal de Química: Reacción de Stille, Química Analítica y la Tabla Periódica.

El último día del congreso asistí a conferencias y comunicaciones orales muy variadas: química organometálica, química analítica, historia de la química y síntesis orgánica. Para no hacer un post muy largo, lo colgaré en dos partes.

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Lecturas químicas para el verano: elementos químicos.

A continuación se indican unos libros interesantes para leer este verano.

Nature’s Building Blocks. An A-Z Guide to the Elements.

John Emsley

Oxford University Press. 2003

Este libro es una maravilla. Una fuente de información muy valiosa, escrito de manera amena. Se dedica un capítulo para cada elemento (los elementos a partir del fermio se agrupan en un capítulo) ordenados alfabéticamente. La información es variada, incluyendo aspectos químicos (por supuesto), economícos, medio ambientales, históricos, etc.

No tiene imágenes, pero tiene unos apéndices breves pero muy informativos. Su precio es muy asequible (alrededor de 20 euros).


The Elements. A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe.

Theodore Gray

Black Dog and Leventhal Publishers, 2009

Otra maravilla. Con menos información que el libro de Emsley, es visualmente muy atractivo. Con muchísimas fotografías de alta calidad, tanto de los elementos, como de los compuestos y sus aplicaciones. Los elementos están ordenados por su número atómico

Recientemente se ha editado en castellano y en catalán. El precio es asequible, alrededor de 30 €. Es un excelente regalo para los jóvenescon interés por la química. Seguro que crea vocaciones.

A mí me lo regalaron hace unos meses (mis amigos del IES Valle del Saja en Cabezón de la Sal) y es uno de los mejores regalos que he recibido. El viaje en tren entre Torrelavega y Madrid se me hizo cortísimo.

La búsqueda de los elementos

Isaac Asimov

Plaza & Janes, 1983

El estilo de Asimov hace que la lectura de cualquiera de sus libros siempre sea fácil y agradable. Un libro corto con muchas anécdotas con el que se puede aprender mucha química y mucha historia de la química. Mi copia es la traducción de la edición de 1962 (publicada en 1983 en España). Debe haber alguna edición posterior.

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es