Cambio espontáneo y Entropía

Flashmob LICEO 1

Para tener en cuenta en el laboratorio de Química

Decálogo para el buen funcionamiento del Laboratorio de Química.

1.  El laboratorio es el lugar de trabajo de muchos estudiantes y docentes. 
2.   Se deberá utilizar el material destinado para la actividad que se vaya a realizar.
3.  Luego de realizada la actividad se deberá devolver las bandejas a sus lugares correspondientes.
4.  Cada vez que se vaya a realizar una actividad, se deberá conocer con qué objetivo se la lleva a cabo.
5. Se tendrá en cuenta los pictogramas de seguridad y riesgos de los reactivos a utilizar.
6. Las mesadas deberán quedar limpias y desocupadas para que todos puedan desarrollar su trabajo como corresponde.
7.  Se deberá informar sobre los materiales que se rompan.
8.  Las piletas deberán quedar libres de materiales y de residuos de todo tipo.
9. Las balanzas, quemadores de gas, soportes, etc., deberán quedar limpios y en sus lugares.
10. Recordar que otros  estudiantes también podrán utilizar el mismo material para sus aprendizajes.

Cambio espontáneo (Segunda y tercera leyes de la termodinámica)

Cambio espontáneo.

Segunda y tercera leyes de la termodinámica.

Algunas cosas suceden de forma natural; otras no. Un cambio espontáneo es aquel que tiende a suceder sin necesidad de ser impulsado por una influencia externa. En ciencia se buscan patrones para descubrir las leyes de la naturaleza. ¿Cuál es el patrón común a todos los cambios espontáneos? Se observa que la energía y la materia tienden a volverse más desordenadas. En termodinámica la medida de desorden se expresa por la entropía, S. Baja entropía, significa escaso desorden; alta entropía significa gran desorden. Esto se resume en la segunda ley de la termodinámica:

La entropía de un sistema aislado aumenta en el curso de cualquier cambio espontáneo.

La progresión natural del universo es desde el orden al desorden, desde menor a mayor entropía. Para medir y hacer predicciones precisas respecto  del desorden se requiere una definición cuantitativa de la entropía. Si la temperatura es constante, el cambio de entropía de un sistema puede calcularse: ΔS = q_rev/T,  dónde “q” es la energía transferida como calor y T  es la temperatura absoluta la cual la transferencia tiene lugar. El subíndice “rev” significa que la energía debe transferirse en forma reversible. Un proceso reversible  es aquel que puede invertirse por un cambio infinitesimal en una variable (en este caso la variable es la temperatura).

Para que se produzca una transferencia reversible de energía como calor, debe existir solo una diferencia infinitesimal entre las temperaturas  del entorno y el sistema. Dado que el calor se mide en joule y la temperatura en kelvin, el cambio de entropía se mide en joules por kelvin. La entropía es una función de estado, porque el desorden de un sistema depende solo de su estado actual y es independiente del modo empleado para alcanzar ese estado.

Entropías molares estándar.

La tercera ley de la termodinámica establece: Las entropías de todos los cristales perfectos se aproximan a cero a medida que la temperatura absoluta se aproxima a cero.

Se puede determinar las entropías molares  estándares, la entropía molar de una sustancia pura a 1 bar.  Las entropías molares aumentan a medida que se incrementa la complejidad de una sustancia. Se observa que las especies complejas y grandes tienen entropías molares más altas que las especies más simples y pequeñas.

Las entropías molares estándar de los gases son más altas que las de los sólidos y  los líquidos comparables a la misma temperatura.  Los líquidos tienen entropías molares más altas que los sólidos porque la mayor libertad de movimiento de las moléculas de un líquido da como resultado un estado de materia menos ordenado. Las entropías molares de los gases, en los cuáles las moléculas ocupan volúmenes mucho más grandes y sufren movimientos casi completamente desordenados, son mucho más altas que las de los líquidos correspondientes.  

Entropías  de reacción  estándar.

La entropía constituye un concepto importante en química porque se la puede utilizar para predecir la dirección natural de una reacción. Sin embargo, no solo la entropía de reacción del sistema cambia a medida que los reactivos forman productos, sino  que también lo hace la entropía del entorno a medida que ingresa  o se libera el calor producido o absorbido por la reacción. El cambio en las entropías tanto del sistema como del entorno afecta la dirección de una reacción, porque ambas contribuyen a la entropía del universo.

Para calcular el cambio en la entropía que acompaña a una reacción, se calcula la diferencia entre las entropías de los productos y de los reactivos. La entropía de reacción estándar, ΔS⁰, es la diferencia entre las entropías molares estándar de los productos y de los reactivos, teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos:

ΔS_r =  ΣnS _m⁰ (productos) - ΣnS _m⁰ (reactivos)

La entropía de reacción estándar es la diferencia entre la entropía molar estándar de los productos  y la de los reactivos. Es positiva (un aumento en la entropía), si existe una producción neta de gas en la reacción; es negativa (una disminución) si existe un consumo neto de gas.

Cambios globales en la entropía.

La segunda ley hace referencia a un sistema aislado. Si el sistema no es aislado, se de incluir el entorno. El proceso es espontáneo solo si la entropía total, la suma de los cambios en el sistema y el entorno, es positivo: ΔS_tot =  ΔS +  ΔS_ent. Un proceso espontáneo es acompañado de un aumento en la entropía total del sistema y del entorno.

Para calcular el cambio de entropía del entorno debemos suponer que el entorno es tan grande que su temperatura y presión permanece constantes, así q_ent = - ΔH, entonces:

 ΔS_ent = - ΔH/ T.

Energía Libre.

La energía libre de Gibbs, G, se define como: G = H- TS

Para un proceso a temperatura constante: Δ G = ΔH - TΔS

Δ G = -T ΔS_tot  a temperatura y presión constantes.

El signo menos en esta última ecuación significa que un aumento en la entropía total corresponde a una disminución en la energía libre. Por tanto, a presión y temperatura constantes, la dirección del cambio espontáneo es la dirección de la disminución de la energía libre.

La función termodinámica usada como criterio de espontaneidad para una reacción química es la energía de reacción de Gibbs, ΔG_r (energía libre de reacción). Esta cantidad se define como la diferencia entre la energía libre molar, G_m, de los productos y de los reactivos:

ΔG_r = ΣnG_m(productos) -  ΣnG_m(reactivos)

Las n son los coeficientes estequiométricos en la ecuación química. 

Si ΔG_r < 0 a una cierta composición de la mezcla de reacción, entonces la reacción es espontánea. Si ΔG_r > 0 en una cierta composición, entonces la reacción inversa es espontánea.

La energía libre de Gibbs estándar de reacción  ΔG_r⁰, se define como la energía libre de reacción  pero en términos de energía libres molares estándar de los reactivos y productos:

ΔG_r = ΣnG_m(productos) -  ΣnG_m(reactivos)

 = ΣnG_m⁰  (productos) -  ΣnG_m⁰ (reactivos)

Es decir, la energía libre estándar de reacción es la diferencia entre la energía libre de productos puros en sus estados estándar y la de los reactivos puros en sus estados estándar, a una temperatura especificada.

La energía  de Gibbs estándar de formación, ΔG_f⁰ (energía libre estándar de formación), de una sustancia es la energía libre estándar de reacción por mol, para la formación de una compuesto a partir de las sustancias simples correspondientes en sus formas más estables.

Equilibrio.

Un sistema en equilibrio no presenta tendencia a cambiar en ninguna dirección (directa o inversa). Tal sistema permanece en un estado actual hasta que es perturbado por el cambio de las condiciones, pero el equilibrio químico es dinámico, esto es, los procesos directo e inverso continúan produciéndose.

Cuando una mezcla de reacción química alcanza una determinada composición, la reacción parece detenerse. Una mezcla de sustancias en equilibrio químico no tiene tendencia a formar más productos ni a revertirse a reactivos. En el equilibrio, los reactivos siguen formando productos, pero los productos se descomponen formando reactivos, compensándose un proceso con el otro, por lo que no existe cambio neto en la composición.

En el equilibrio: ΔS_tot = 0; ΔG = 0

Bibliografía.

Principios de Química. 2006. Atkins. Jones. Editorial Médica Panamericana. 3^a edición. (Publicado con fines didácticos)

La quimica en nuestras vidas (Chemistry: all about you)

Comenzamos a recorrer la segunda mitad de año.

100 años del Liceo Departamental de Artigas

El 1° de junio se presentó en el Liceo Departamental de Artigas, la destacada actriz uruguaya Nidia Telles con la obra  "Mme Curie".  ¡Un espectáculo inolvidable!

Alimentos. (Clasificación)

Alimentos. 

Se puede dividir a los alimentos en cinco categorías: A) Semillas maduras de cereales y tubérculos; B) Semillas maduras de leguminosas y semillas oleaginosas; C) Tejidos vegetales frescos; D) Tejidos animales y huevo; E) Leche.

A)     Los principales cereales a nivel mundial  son tres: el maíz, el arroz y el trigo. Se puede agregar centeno, avena, cebada y sorgo.

Aportan fundamentalmente almidón y proteína; en algunos casos (maíz) aceite rico en ácidos grasos poliénicos y tocoferoles y cantidades importantes de tiamina, vitamina B₆  e hierro aunque este, por el ácido fítico, no es muy absorbible. Aportan más fósforo que calcio.

Los tubérculos se agrupan con las semillas de cereales por su aporte de almidón. A diferencia de las semillas de cereales son muy húmedos, contienen vitamina C pero esta se pierde durante la cocción. Los tubérculos más conocidos son la papa, los boniatos y la yuca (mandioca).

B)      Las leguminosas constituyen una numerosa familia que se caracteriza por producir vainas y por tener en sus raíces nódulos de bacterias capaces de fijar el nitrógeno atmosférico. De esta familia se utilizan  sobretodo las semillas: porotos, garbanzos, haba, lentejas, arvejas, maní y soja.

Estas semillas contienen entre 15 y 40 % de proteínas y una cantidad variable de almidón, aceite y oligosacáridos. Dicho aceite es rico en ácidos  grasos poliinsaturados y vitamina E. Además son ricos en fibras dietéticas y en hierro, aunque también en ácido fítico que inhibe la absorción. Como es normal en los granos, el fósforo abunda más que el calcio.

En términos de proteínas, las semillas de los cereales y las de las leguminosas generalmente se complementan muy bien, de manera que la mezcla es aprovechada por el organismo con mayor eficacia que la que alcanzan  los componentes por separado.

Este grupo se complementa con las semillas de oleaginosas: girasol; cártamo, colza, etc.

C)      Los tejidos vegetales frescos incluye diferentes partes  de la planta: frutas, flores, tallos, ramas, hojas, raíces y semillas inmaduras: este grupo también se conoce como frutas y hortalizas (o verduras).

Los tejidos vegetales frescos son la única fuente de vitamina C. Este grupo también aporta vitamina K, ácido fólico, y carotenos. En general contienen más calcio que fósforo. Algunas frutas son ricas en almidón (bananas) y en triacilgliceroles (aguacate).

D)     El grupo de los tejidos animales incluye los músculos y las vísceras de las diversas especies animales aceptadas como comestibles. Este grupo aporta alrededor del 15-25 % de proteínas, cantidades variables de triacilgliceroles saturados y colesterol, hierro hémico (como el de la hemoglobina y la mioglobina que es relativamente  mejor absorbido), cinc, y más fósforo que calcio.

El huevo de gallina se incluye en este grupo, aporta 10 % de proteína, 10% de triacilgliceroles saturados, algo de hierro, no hémico y varias vitaminas (A, B₁, B₂ y biotina).

E)      La leche; de todos los productos alimenticios este es el único cuya existencia en la naturaleza tiene un fin exclusivamente alimenticio, ya que es la secreción producida por los mamíferos para sus crías.

Con relación a los diferentes grupos de alimentos podemos decir que hay una complementariedad entre ellos y que una alimentación completa se logra combinando alimentos de diferentes grupos.

Fuente : “Química de los alimentos”. Baudí. 

Composición de aceites y grasas comerciales.

Composición de aceites y grasas comerciales.

Ácido graso	Soja	Girasol	Oliva	Grasa vacuna	Manteca	Manteca de cacao
4:00					3
6:00					2
8:00					1
10:00					3
12:00				1	3
14:00				4	10
16:00	11	6	12	25	26	26
16:1			1	5	2
18:00	4	4	2	19	12	34
18:1	23	22	72	36	25	35
18:2	51	66	8	4	2	3
18:3	7		1	1	1
20:0					2
20:1			1

Fuente: Asociación de Educadores en Química.Año 3. 1990.Facultad de Química, Uruguay

Aminoácidos esenciales

   La mayor parte de los aminoácidos se pueden sintetizar  en los organismos vivos a partir  de su conjunto de compuestos orgánicos. Una forma de llevar a cabo esta síntesis  es la conversión  de un aminoácido a otro aminoácido.
   Los aminoácidos  necesarios  para la síntesis de proteínas que un organismo animal no puede sintetizar, deben ser proporcionados por la dieta alimentaria. Estos compuestos se llaman aminoácidos esenciales. Los aminoácidos esenciales  dependen de las especies de animales.
   Los aminoácidos  que se consideran esenciales para los humanos y  que debemos incluirlos necesariamente en la alimentación cotidiana dado que no podemos  sintetizarlos son: fenilalanina; isoleucina; leucina; lisina; metionina; valina; treonina y triptófano.

Aminoácidos estándar (a partir de los cuales se construyen las proteínas).

Fuente: Bioquímica: Mc Kee.

El laboratorio de química: para reflexionar.

Muchas veces trabajamos en el laboratorio con variedad de materiales sin detenernos a pensar que los mismos pueden afectar nuestra salud o la de nuestros alumnos y colegas.
Los ejemplos son muchos pero basta con analizar una experiencia que se suele realizar tanto en ciclo básico como en bachillerato: "Determinación del punto de fusión de la naftalina". ¿Tenemos en cuenta las hojas de seguridad para el manejo de sustancias peligrosas?

Naftaleno o naftalina.

El naftaleno puede afectar a las personas al inhalarlo y al pasar a través de la piel.

• El naftaleno debe manipularse como un CARCINÓGENO: CON EXTREMA PRECAUCIÓN.
• La exposición al naftaleno puede causar irritación de la piel, los ojos, la nariz y la garganta.
•  A niveles muy altos, el naftaleno puede causar dolor de cabeza, cansancio, confusión, nauseas y vómitos.
• La exposición repetida puede causar empañamiento del cristalino (cataratas), lo que puede causar daño a la visión.
• El naftaleno puede causar alergia en la piel. En caso de alergia, la exposición posterior muy baja puede causar picazón y salpullido. 
• El naftaleno puede causar daño al riñón y al hígado.
•  El naftaleno puede causar daño a los glóbulos rojos, causando anemia (hemoglobina baja).

Fuente: Hoja informativa sobre sustancias peligrosas. Departamento de Salud y Servicios para personas mayores de New Jersey.

Sistema globalmente armonizado de clasificación y etiquetado de productos químicos (SGA)

Decreto 307/09 (Uruguay)

Anexo I. ETIQUETADO DE PRODUCTOS QUÍMICOS.

“El etiquetado de productos químicos, se realizará obligatoriamente bajo las directrices del Sistema Globalmente Armonizado SGA, o GHS por sus siglas en inglés, promovido por organismos internacionales.”

Proteínas, ¿Qué vamos a estudiar?

                                                                                                             

Enseñar y aprender.

"Nadie puede  enseñar realmente nada a otro, en el sentido de “implantar” conocimientos o técnicas a un estudiante pasivo. El que aprende debe decidir investigar, pensar en la materia o practicar algo por sí solo, porque si no, por mucho que se le enseñe, no asimilará ningún conocimiento. Así pues, la responsabilidad  de aprender algo reside en el que aprende, que ha de ser el que decida en primer término convertirse en su propio profesor para que cualquier otro profesor pueda ayudarle.

Ninguna persona aprenderá nada si se niega a participar, por mucho que intentemos enseñarle una serie de cosas".

 W. W. Dyer. 

2013, comienzo de un nuevo año lectivo

2013. Que en este año podamos enseñar, aprender y compartir nuevas experiencias, alegrías y trabajo.