fasciculo35 el mundo de la quimica

8/14/2019 Fasciculo35 El Mundo de La Quimica

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El mundo de la qumica

La indispensable energa

Fascculo 35

Para qu comemos, para qu llenamos el tanque de unauto con gasolina o cambiamos una bombona de gasvaca por una llena? Sin alimento no viviremos, ni el autopodr llevarnos a donde queremos sin gasolina, ni podremoscocinar sin gas. Los alimentos, la gasolina y el gas soncombustibles y los necesitamos porque su combustinliberaenerga, la cual es necesaria para realizar nuestrasfunciones vitales, para que el auto se desplace y paracocinar los alimentos. Ahora bien, podramos pensar enun auto que en vez de gasolina utilizara energa solar, yen una cocina que funcionara con energa elctrica en vezde gas, pero siempre necesitaran energa.En la bsqueda y aprovechamiento de la energa, el hombreha invertido una parte importante de su ingenio y de supropia energa. Lo hizo al cazar y recolectar materialespara producir fuego; despus trat de economizar su propiaenerga e invent la rueda, domestic animales e, incluso,esclaviz a otros humanos; utiliz el poder de las aguasy los vientos, invent mquinas y descubri otras fuentesde energa. Puede decirse que el hombre siempre ha estadoa la caza de energa. Y la ha encontrado.


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Fundacin Polar ltimas Noticias El mundo de la qumica Captulo XI. La indispensable energa fascculo 35

Pero, qu es eso que llamamos energa y que nos hace tantafalta? La energa no es fcil de definir. No ocurre lo mismo conla materia que la definimos como todo aquello que tiene masay ocupa un lugar en el espacio. As se hace la materia perceptiblea nuestros sentidos. La energa es otro asunto.Energa viene del griegoergon que significa accin. Es decir,

tener el poder de actuar sobre algo, de producir un cambio. Esmuy importante destacar que no habr un cambio sin que laenerga est involucrada en mayor o menor grado en el mismo.La energa se nos evidencia en los cambios que observamosen la materia. La energa es la capacidad que tiene un sistemapara realizar un trabajo y se nos puede manifestar de muchasformas: calor, cambios de volumen, emisin o absorcin de luzcambios de velocidad en el movimiento de un sistema, cambiosde posicin relativa respecto a una fuerza de atraccin orepulsin, generacin o consumo de electricidad, etc.La energa es algo que el hombre ha sabido siempre que estrelacionado con la materia. Quizs el elemento fuego de losgriegos no era ms que energa. El elemento calrico fueconsiderado as hasta comienzos del siglo XIX, cuando secomenz a distinguir entre materia y energa. Einstein, porejemplo, a comienzos del siglo XX las relacion de nuevo alexpresar que la masa y la energa son equivalentes, no iguales.Ellas son los extremos de una propiedad invariante (que seconserva) que llamamos masa-energa. La masa de un cuerpoes una medida de la cantidad de energa que contiene, perono es la cantidad de energa total que posee el cuerpo.

Energa total = energa externa + energa interna

Dos cubos de hierro de igual masa, uno ubicado sobre el techode una casa y el otro en el suelo, no tienen la misma energa.Bastar con colocar uno sobre un vidrio en el suelo y dejar caerel otro desde el techo. Este ltimo tiene una cantidad de energaextra debido a su posicin (energa potencial, EP). De igualmanera, una pelota lanzada horizontalmente posee una energaextra con relacin a cuando estaba en reposo, debido a sumovimiento (energa cintica, EC). De acuerdo con esto,podemos afirmar que un cuerpo como un todo, tiene una energaque depende tanto de su posicin como de su movimiento: esla energa externa , y otra energa que depende de suconstitucin (tipo de materia, estado fsico y cantidad de materia)y que denominamosenerga interna (U). Luego, laenergatotal (E) cumple E = U + EC + EPAs como la energa externa puede cambiar, tambin la energa

interna puede hacerlo. Si colocamos este cuerpo en contactocon otro a menor temperatura, parte de su energa interna sertransferida en forma de calor. La energa interna puedeintercambiarse entre un sistema y el medio de dos formasdiferentes: como calor (q) y como trabajo (w). Si ahora el cubode hierro antes mencionado es calentado con una llama,absorber energa del medio en forma de calor pero, al mismotiempo, perder una parte de esta energa al hacer un trabajosobre el medio como resultado de su dilatacin (aumento devolumen). La variacin de la energa interna del sistema (U) esigual a q + w.

Materia y energa

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Para muchos de los implementos deseguridad que existen en los nuevosvehculos se modelan las diversasenergas que ocurren en un eventodeterminado.

Kinetic .Arte digital.

Fuente: www.foreword.com


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La energa del Universo se conservaEn el ejemplo anterior, es importante destacar que si elcubo no se movi o cambi mucho el cambio en suenerga externa, al calentarlo un poco, esaproximadamente de cero. As, la variacin de la energatotal del cubo es E = U.Ahora bien, la cantidad de energa ganada en el ejemplopor el cubo (sistema), es exactamente igual a la cantidadde energa perdida por el medio, de forma tal que laenerga del Universo se conserva, es decir EU = 0.

Dnde se origina la energa interna?La energa interna de un sistemaes mucho mayor que la externa.La masa en reposo (m0) es lamayor contribucin a la energainterna de un sistema y, por tanto,a su energa total. Lo hace en laforma de E = m0c2, donde crepresenta la velocidad de la luzen el vaco.Es muy importante indicar que estacontribucin no varaapreciablemente sino en lasreacciones nucleares, por lo queno se considera en los cambiosfisicoqumicos ordinarios.

El conjunto de materiales que conforman un sistema determinado (las partculas atmicas y subatmicas) estn econstante movimiento a temperaturas superiores a 0 K. A su vez, se ejercen interacciones dentro de ellas y entreellas; esto es, para cada partcula dentro del sistema podramos hablar de una energa cintica y una potencial.Estos movimientos e interacciones contribuyen a la energa interna aunque en menor grado que la masa en reposoDebido al inmenso nmero de partculas que forman los sistemas reales y debido tambin a su movimiento incesantno es posible conocer la energa interna (U) del sistema real pero s el valor de U, pues ste requiere slo manejerlos valores de q y w que se determinan experimentalmente.

"La energa no se crea ni se destruye, slo se transforma en otro tipode energa". Albert Einstein.

Segn Einstein "la masa y la energa son intercambiables". Estosignifica que la materia se puede transformar en energa (de hechose la considera como energa condensada) y que sta se puedeconvertir en materia. Todo ello implica que la cantidad total de energaen el Universo es constante.


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Para pensar

1 kg de agua se evapora a 100 C y a 1 atm absorbe unacantidad de energa en forma de calor igual a 2 253 kJpara romper las uniones entre las molculas de agua. Asu vez, el vapor de agua formado debe realizar un trabajo

de expansin contra la atmsfera y en ste invierte173 kJ.De acuerdo con lo anterior, la variacin de energa interna( U) para el sistema es:

2 436 kJ 2 080 kJLa variacin de energa del medio es:

-2 080 kJ 2 080 kJLa variacin de energa del Universo es:

0 4 160 kJComparte tus respuestas con tu profesor.

En qu sentido ocurren los cambios?Para que un proceso ocurra de forma espontnea, esdecir, sin la intervencin de una accin externa, la energa

inicial del sistema necesariamente debe disminuir a fin dellegar a un estado de mayor estabilidad. En sistemasmecnicos, por ejemplo, al colocar una pelota en un planoinclinado y soltarla, sta bajar la cuesta y el criterio deuna disminucin en la energa potencial del sistema luciradecuado para definir el sentido de este tipo de cambio;lo contrario slo suceder si se aplica una fuerza externa.En qumica, la propiedad anloga a la energa potencialde un sistema es su energa interna. Si sta disminuye,o lo hace el cambio entlpico, en principio, la espontaneidaddel cambio debiera tener este sentido. Sin embargo, enmuchas situaciones este criterio resulta insuficiente y serequiere del uso de un parmetro adicional, la variacinen el contenido entrpico, para definir el sentido delproceso. Laentropa es la propiedad termodinmicarelacionada con la forma en que la energa de un sistemase distribuye entre los niveles disponibles, y el sentido delcambio estar favorecido en la medida en que este valorcrezca en nuestro sistema. La conjuncin de estas doscontribuciones, llamadaenerga libre de Gibbs ,determinar finalmente el sentido de la espontaneidadpara cualquier tipo de situacin posible.

Entropy .Irma M. Hinghofer-Szalkay.Fuente: www.ihs9art.com

Calentamiento de agua en recipiente con termmetro.


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El ncleo atmico: Cantera ilimitada de energaPor qu el Sol y el resto de las estrellas brillan conluz propia? sta es una de las preguntas que intrig ala humanidad durante miles de aos. Todas lascivilizaciones han reconocido la importancia del Solpara la vida hacindolo objeto de cultos y mitos diversos,pero hace apenas exactamente un siglo se dio el granpaso para encontrar las respuestas cientficas hoyaceptadas.En septiembre de 1905, a sus escasos 26 aos deedad, Albert Einstein, para ese entonces un desconocidoempleado de una oficina de patentes, revela a travsde la que es quizs la ecuacin ms famosa: E = mc2,cmo concibe la relacin entre la masa y la energa.En la ecuacin, c representa la velocidad de la luz.Ahora bien, faltara plantear las consecuencias de laexpresin c2 dentro de la formulacin einsteniana. Eslo que haremos en seguida.

La velocidad de la luz tiene un valor aproximado de3,00 x 108 m/s, por lo que el elevarla al cuadrado implicaun nmero tan grande como 9,00 x 1016 m2 /s2. Enconsecuencia, al aplicar esta ecuacin en forma directanos encontramos con algo difcil de percibir o imaginarque cambiara para siempre nuestra visin de la materia:al convertir 1 g (0,001 kg) de masa en energa seproduce 9,00 x 1013J. Esta energa mantendraencendido un bombillo de 1 000 vatios durante2 850 aos (esperando que a ste no le diera porquemarse antes, cosa bastante probable), o dara unrendimiento equivalente al de 2 000 toneladas degasolina. En conclusin: hay una gran cantidad deenerga almacenada en la masa. Si eso ocurre con 1g de masa, cunta energa almacena el Sol?


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Planta Nuclear en Borssele, Holanda.


La energa producida en Sol, as como en otras estrellas,proviene de la fusin de ncleos de hidrgeno que formanncleos de helio y radiaciones gamma, los cuales son laexpresin de la energa que se libera en este proceso.El nmero de ncleos que reacciona cada segundo esenorme y, por tanto, tambin la energa liberada. Secalcula que este fenmeno ocurre 1056 veces por segundoen nuestro astro rey, de all el incontenible brillo yenerga con el que siempre nos ha cobijado. La energaliberada atraviesa todo el cuerpo del Sol hasta que emergecomo radiacin electromagntica en la superficie, y eslo que hace brillar al Sol y a las dems estrellas. Laenerga radiante escapa de la fotosfera solar y, despusde un viaje de 150 millones de kilmetros a la velocidadde la luz, llega a la Tierra a travs del vaco en forma deun invisible tren de ondas electromagnticas.

En otras reacciones nucleares, como la fisin de ncleosde uranio 238, al ser stos impactados por neutrones,nuevamente se encuentra un efecto de masa que sepodra traducir en el funcionamiento de un reactor nuclearque tenga al uranio como fuente energtica. Energanuclear que se transforma en energa trmica al calentaragua que, al evaporarse, hace que unas turbinasproduzcan, a su vez, energa elctrica. Algunos pasesobtienen la mayor parte de su electricidad de esta forma.Si bien la energa nuclear es mucho ms potente queotras formas de energa y podra, adems, traducirse enla posibilidad de energa a ms bajo costo, involucraenormes riesgos con sus desechos en caso de algnaccidente.

Sabas que...?La fusin2H + 2H 4He + 0e

produce alrededor de 4 veces ms energa que la fisin235U + 1n 93Kr +140Ba + 31n.

De all que la energa de fusin nuclear cuando se lleguea controlar (algunos dicen que a mediados de este siglo),har que los reactores nucleares que la utilicen dejen enel olvido a los actuales que se basan en procesos defisin nuclear. Qu beneficios nos esperan y culespeligros nos acechan como producto de tales tecnologas?Ah empieza una interminable controversia.

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Usos pacficos de la energa nuclear

1. Agricultura y alimentacina. Control de plagasb. Mutacionesc. Conservacin de alimentos

2. Hidrologaa. Estudios hidrolgicos

3. Medicinaa. Vacunasb. Medicina nuclearc. Radioinmunoanlisisd. Radiofrmacos

4. Medio ambiente

5. Industria e investigacina. Trazadoresb. Instrumentacinc. Imgenesd. Datacine. Investigacin

Reactor nuclear del IVIC


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Utilizacin de combustibles fsiles:Desenterrando la luz solar que lleg hace aosAl mencionar la palabracombustible se hace referencia a lacapacidad de hacer combustin de una sustancia. Pero, a la vez,se puede aludir a su capacidad de generar una energa que puedeser controlada (como en el automvil). Desde esta ltimaconsideracin se puede hablar tambin de combustibles nucleares.Total, en los fsiles la energa se libera por combustin y en losnucleares por fisin o por fusin.Los combustibles fsiles se han convertido en actores de primerorden en nuestros tiempos. Ellos se derivaron, probablemente, delas biomolculas de plantas y animales prehistricos. Loscombustibles fsiles son como luz solar enterrada.La energa almacenada que se libera al quemar estos combustibles,es energa tomada originalmente de la luz del Sol durante lafotosntesis.Los combustibles fsiles son las fuentes ms importantes deenerga en la mayora de los pases desarrollados.

Ciclo de la energaDentro del Sol, enormes presionescomprimen a los tomos de hidrgenoque se convierten en helio y liberan energa.

Las clulasfotoelctricas deciertas calculadorasy edificios transformanla luz en electricidad.

Los restos fsiles dealgunos animales formanpetrleo, que almacenan laenerga que aquellostomaron de las plantas.Con petrleo se generaelectricidad.Los carros y otros

vehculos funcionancon derivados depetrleo.

Luz y aparatos elctricos funcionan con corriente elctrica.

Las pilashechas enfbricas

producencorrienteelctrica.

El agua de las represasmueve los generadoresde electricidad.

Las centrales elicasaprovechan la energadel viento para obtenerelectricidad.

Los rayos solarescalientan la atmsfera,evaporan mares y ros,

y forman nubes y lluvias.

Algunas plantas sirvencomo combustible

(lea y carbn vegetal).

Las plantas usan laenerga solar para

convertir el agua y eldixido de carbono del aire

en azcares y oxgeno(fotosntesis).

Plantas y animalesalimentan al hombre.

Las fbricas funcionancon carbn, petrleoy electricidad.

Los restosde plantas

formancarbn

mineral.

Los herbvorosse alimentancon plantas.

Fuente: http://www.oni.escuelas.edu.ar

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