La vida química y física

Inicio





La química física constituye
 un conocimiento utilizado todos los días,
pues sus conceptos son aplicables
en diversas situaciones,
 por ejemplo, en los alimentos,
 en los nacimientos de seres vivos,
 en problemas sociales…
Al hablar de materias como química o física, a estudiantes de educación media básica y media superior, pareciera que la mayoría de ellos sufriera un bloqueo mental y el impulso de evadirlas o, francamente, no cursarlas. Es evidente que estas ciencias se consideran duras, y nos da la impresión de que la mayoría de los alumnos preferiría enfrentarse sólo con asignaturas más accesibles, sin tener en cuenta la importante función que la física y la química tienen en cada día de nuestras vidas. Ahora, imagínese la expresión de muchas personas al escuchar hablar sobre la química física…

Antes de entrar a conceptualizar qué es la química física, conviene definir, por separado, qué es química y qué es física, e intentaré hacerlo mediante ejemplos: supongamos que frente a nosotros alguien coloca un pequeño meteorito y nos pregunta: ¿de qué sustancias está hecho?, ¿en qué cantidad se encuentra cada sustancia?, ¿se disolverá en algún líquido?, ¿puede ser transformado en otra cosa?... Pues resulta que las respuestas a estas preguntas constituirán lo concerniente a la definición de la química: la ciencia que estudia la materia cualitativamente (¿de qué sustancias está hecho?),cuantitativamente (¿en qué cantidad se encuentra cada sustancia?), en lo referente a sus propiedades (¿se disolverá en algún líquido?) y en sus posibilidades de transformación (¿puedo convertirlo en otra cosa?).

Demos un paso atrás: ¿qué es la materia? Es todo lo que ocupa un lugar y posee masa, pero surgen preguntas sobre las características de esa materia, como ¿es duro o blando?, ¿si le aplico una fuerza se fracturará?, ¿presenta brillo? o ¿cuál será su color al ser iluminado con algún tipo específico de luz?, ¿conducirá electricidad o será un aislante?, ¿cuál será su densidad? Las respuestas a estas preguntas definirán lo que es la física, pues ésta es una ciencia que estudia la estructura (¿es duro o blando?, ¿si le aplico una fuerza se fracturará?) yel comportamiento de su materia (¿presenta brillo? o ¿cuál será su color en la luz natural o artificial?).

La unión de los conocimientos químicos y físicos dio como resultado la química física, la cual adiciona el conocimiento físico a la química para establecer y desarrollar sus principios. Pero, ¿qué principios o aspectos físicos pueden ser aportados a la química? Por ejemplo, hablemos del proceso de nutrición de la planta, llamado fotosíntesis, el cual se divide en dos fases, la luminosa y la oscura; en la primera, la planta atrapa la energía solar (aspecto físico) y la transforma en energía química en la forma de ATP (Adenosin Trifosfato, sustancia con un alto contenido de energía). ¿Cuál principio se aplicó?: el principio de la conservación de la energía,el cual enuncia "la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma"; postulado que también es conocido como primera ley de la termodinámica. Y la termodinámica es una de las ramas de química física, abocada al estudio de las transformaciones de la energía y el efecto perceptible que tienen éstas sobre la materia.

La química física realmente constituye un conocimiento que usamos todos los días, pues los conceptos fisicoquímicos son aplicables en cada ser vivo del planeta, por ejemplo, en las emociones del ser humano, en los alimentos, en el nacimiento de seres vivos, en problemas sociales...

Las emociones


El cuerpo humano se puede considerar un sistema abierto que libera energía en todo momento, durante toda su vida, a sus alrededores, por lo que, entre mayor sea la cantidad de energía liberada por el cuerpo, menos estrés sufrirá éste. ¿Cómo sabemos que el cuerpo humano libera energía? Entre otros puntos, por el calor que desprende, supongamos que se mide la temperatura en una pequeña habitación vacía y cerrada, de 3 X 3 X 2 m; a continuación colocamos una persona en su interior y cerramos puertas y ventanas; después de unas horas, nuevamente se mide la temperatura y observaremos diferencias a la alza en las mediciones, debido a liberación de energía del cuerpo humano en forma de calor. Y ¿qué es calor?: éste se define como el flujo o trasferencia de energía entre un cuerpo y su medio ambiente.



Cuando una persona dice “hace frío”, lo que significa, en términos de química física, es “hay una diferencia de temperaturas entre mi cuerpo y el ambiente, de tal manera que fluye el calor del cuerpo más caliente al más frío”, proceso que se puede invertir si se aplica energía externa, por ejemplo, el funcionamiento de un refrigerador, en cuyo interior el calor fluye del cuerpo mas frío al más caliente, por ello el refrigerador necesita energía eléctrica para funcionar –para enfriar y conservar el frío–.



De igual manera, las emociones de un ser humano –ejemplo: amor y odio– pueden ser explicadas como una transformación o una reacción química exotérmica (liberación de energía, en el primer caso) y endotérmica (absorción de energía) del cuerpo, en el segundo. De igual manera, mentir propicia una emoción muy fuerte en el ser humano y, para hacerlo hacerlo, éste necesita absorber energía, lo cual aumenta el calor de su cuerpo; la cantidad de calor en un cuerpo, en química física, se llama entalpia. Cuando una persona se sonroja, se lleva a cabo una liberación de energía de manera espontánea; este tipo de energía liberada en química física es llamada energía libre de Gibss, en honor al físico estadounidense Josiah Willard Gibbs, quien contribuyó en la construcción de las bases de la termodinámica.
En los alimentos 

Durante la preparación de alimentos aplicamos la química física, por ejemplo, al cocer o freír un huevo, las proteínas globulares que se encuentran enrolladas en la clara se desenrollan y se enlazan entre ellas, dando como resultado una consistencia, textura y color característico que se observa en la clara de un huevo frito o cocido (proceso conocido como desnaturalización de las proteínas). Ahora, ¿en qué momento se utilizó la química física? Pues al aplicar calor al huevo, con lo cual éste ganó la suficiente energía para separar o desorganizar la estructura nativa (original) de las proteínas, alcanzando un orden de organización más estable.


La dirección de la estabilidad de las proteínas, es decir, la tendencia que presentan éstas para alcanzar un orden de organización más estable con respecto a otro, en química física, la predice la segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de la siguiente manera: “los procesos o cambios ocurren en la dirección en que éstos aumentan su entropía”. ¿Qué es la entropía? Es una medida de la estabilidad energética de los cuerpos o sistemas; entre mayor sea la entropía de un cuerpo más estable será.

Nacimiento de los seres vivos


Un suceso extraordinario en la vida es el proceso a través del cual se genera un ser vivo, por ejemplo, un ser humano: desde el momento en el que un espermatozoide fecunda un óvulo, se aplica la primera ley de la termodinámica que enuncia “la masa y la energía no se crean ni se destruyen, sólo se transforman”. La mitad de cromosomas es aportada por cada uno de los padres al futuro niño. Después, en el útero, la madre aporta la energía y la materia para el desarrollo del feto. En ningún momento se está creando materia o energía, desde el punto de vista de la química física; y de forma similar ocurre con las plantas y los demás seres vivos.


Problemas sociales


Las manifestaciones sociales y políticas que ocurren en el mundo, pueden ser descritas o interpretadas en términos de la química física. Consideremos un país X como nuestro sistema de estudio; supongamos, además, que se encuentra en una situación de extrema de pobreza, y su población en conjunto –a la que llamaremos partículas– hace una manifestación pública. Agreguemos a esto que otros países empiezan a presionar a X para solucionar la situación, lo cual provocará mayor alteración de las partículas, pues habría más movimiento de ellas.




Ahora bien, si definimos la temperatura como una medida del promedio del movimiento de las partículas de un cuerpo y aplicamos esta definición a X, la temperatura de las partículas aumentaría y, como consecuencia, la presión interna sería mayor. Quienes conforman las estructuras de poder que llevan el control de este país impelerían a las partículas a conservar su posición actual, de acuerdo con un orden establecido; en química física, esto correspondería a la aplicación de la tercera ley de la termodinámica, la cual puede enunciarse como “un orden perfecto se va alcanzando cuando la entropía tiende a cero”.

Pero, en nuestro país X, todo pareciera indicar que se tratara de un tanque de gas a punto de estallar, debido al aumento de la presión y de la temperatura, ya que éste mantiene su volumen constante un tanto fuera del ideal, hasta que llega el último acontecimiento, el cual transciende en la historia de X, provocando una revolución o un despertar de la naturaleza o conciencia del hombre ante la amenaza de muerte; en términos de química física, ésta terminará hasta que la mayor cantidad de energía sea liberada y se consiga la máxima entropía. Paradójicamente, la energía nunca llega a liberarse totalmente. A lo largo de la historia de la humanidad, en hechos similares, es posible ver que prácticamente nunca se ha alcanzado la máxima entropía, pues todo parece indicar que, por la naturaleza de la misma sociedad, siempre ocurren eventos que disminuyen su entropía.

Podemos escribir muchos ejemplos en los cuales se aplica la química física a aspectos de la vida, y ver en cada uno de ellos que no resulta complicado comprender los conceptos químico-físicos, como aparenta el prejuicio de la mayoría de los estudiantes, y de muchas personas que ya no lo son. Considérese pues, este texto como una invitación a acercarse más a un criterio que apoye la explicación sobre diversos acontecimientos cotidianos.

Bibliografía

» Atkins P. W. Química física. España: Omega, 1999.

» López Mateos, Federico y Francisco Morugán Arias. Química y sociedad: un binomio positivo.España: Ministerio de Educación, Secretaría General Técnica, 2005.

» Monk, Paul. Physical Chemistry: Understanding our Chemical World. England: John Wiley & Sons, 2004.

Cirriculum

Aurelio Ramírez Hernández es profesor-investigador de tiempo completo en la Universidad del Pañaloapan, Oax. Es autor de diversos artículos en las revistas: Rev. Colomb. Quím., Polym. Adv. Technol., Journal of Applied Polymer Sciences, Aleph Zero y Enlace Químico. Ha impartido las asignaturas: Fisicoquímica I y II , Fisicoquímica de Superficies, Fisicoquímica Avanzada, Química Analítica I, Química Inorgánica I y II, Química Industrial, Polímeros I y II , Matemáticas y Física general. C. e.: Chino_raha@hotmail.com.

Fuente: Conacyt
Compartir en Google Plus

    Comentario Blogger
    Comentario Facebook

0 comentarios:

Publicar un comentario