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Categoría: Química

En la revista del mes anterior tratamos sobre la fisión nuclear que hace referencia a la división del núcleo de un átomo. La palabra fusión significa “reunión, combinación” y el proceso de fusión nuclear se refiere a la combinación de núcleos de átomos ligeros para formar núcleos más pesados. Por ejemplo: en la bomba de hidrógeno (bomba H), núcleos de átomos de hidrógeno se fusionan para dar origen a núcleos de helio (elemento más pesado que el hidrógeno).

El proceso de fusión nuclear ocurre con la utilización de altas temperaturas, es un proceso de REACCIÓN TERMONUCLEAR. La energía solar es un proceso de fusión, mediante el cual enormes cantidades de hidrógeno se convierten en helio, esto ya lo vimos en el artículo “El sol y la luna” de la revista de enero de este año.

Veamos el proceso de fusión termonuclear que se produce en una bomba H, se dice termonuclear porque la fusión de los núcleos de los átomos se lo realiza con elevadas temperaturas.

Para la elaboración de una bomba H se utiliza Deuterio y Tritio que son dos isótopos pesados de hidrógeno. Cuando determinado átomo tiene diferentes números de masa, cada variedad recibe el nombre de Isótopo. Recordemos que el número de masa de un átomo está determinado por el número total de protones y neutrones que se encuentran en el núcleo. Son ejemplos de isótopos de Uranio: el U-235, el U-238 o el U-239, del Hidrógeno: el deuterio (H-2) y el tritio (H-3).

En una bomba H se utiliza una carga de Uranio-235 en el que se colocan cilindros de TNT, los cuales al estallar provocan la fisión del U-235, los neutrones liberados bombardean el cilindro de litio y deuterio, de esta manera el litio se convierte en tritio y se mezcla con el deuterio a temperaturas muy elevadas, provocándose así la fusión de estos dos elementos, originando el helio-4. Como podemos ver, la fusión se genera a partir de la fisión no controlada del U-235, provocada por la explosión con TNT de su núcleo.

De cada fusión del deuterio y tritio, se produce una explosión y se libera un neutrón, al ser varias fusiones se liberarán varios neutrones que bombardean al Uranio-238, para producir una fisión no controlada que genera una gran energía destructiva.

El futuro de la energía nuclear es la fusión nuclear porque resulta ser una fuente inagotable, ya que utiliza el agua, un recurso abundante, barato y limpio. En la fusión se requiere que los átomos tengan núcleos con una mínima fuerza de repulsión, lo que se logra con átomos ligeros, recordemos que el hidrógeno tiene un protón en el núcleo y un electrón girando a su alrededor, el hidrógeno no tiene protones, para el caso del deuterio se tiene un neutrón y el del tritio dos neutrones.

En el sol, para vencer la repulsión electrostática entre dos núcleos igualmente cargados (recordemos que cargas iguales se repelen), es el calor de millones de grados el que al ser aplicado en estos átomos convierte en helio al hidrógeno. El problema de la fisión es que no se puede encontrar un reactor que aguante esta temperatura, como para poder generar energía. Edward Teller quién inventó la bomba de fusión o bomba H, logró altísimas temperaturas con la explosión de fisión del U-235 que es el comienzo de la bomba H. En un proceso de fusión nuclear cada gramo de Hidrogeno produce cerca de 173.000 Kilovatios/hora.

El 14 de febrero de 2008, la empresa General Fusión, ha desarrollado un modelo de reactor que piensan que podrán tenerlo operativo en cinco años y que permitirá producir energía de fusión de forma barata y segura. La tecnología desarrollada por esta empresa se conoce como MTF (Magnetic Target Fusion), cuyo funcionamiento es muy similar a la bomba H, con la diferencia que en estas la fusión se activa con una pequeña bomba atómica de Uranio, en cambio en el reactor MTF, el plasma se comprime mediante ondas de choque generadas con sonido (sonofusión o fusión nuclear por sonido). En el reactor MTF primero se utiliza una mezcla de deuterio y litio como combustible que se vaporiza para generar plasma, el cual se comprime mediante campos magnéticos y finalmente se lo somete a una onda de choque acústica para lograr la reacción nuclear. El plasma es un nuevo estado de la materia en el que se da un absoluto desorden de iones y electrones.

Fuente:

Revista Varitek Universal, Año 2 – Número 10, 15 de octubre del 2009.

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Categoría: Química

En el número anterior estudiamos sobre la materia, ahora vamos a ver sobre los estados en los que la podemos encontrar en la naturaleza, estos son:

• - Sólido.
• - Líquido.
• - Gaseoso.

Estos estados dependen del comportamiento de las moléculas en cada uno de los cuerpos.

Las moléculas son las partículas más pequeñas de un cuerpo que conserva las mismas características: estas son su naturaleza, propiedades físicas y químicas. Por lo tanto, una molécula de azufre tendrá el mismo olor, color, sabor, etc., que un gran trozo de azufre.

Recordemos que las moléculas están formadas por átomos que están unidos eléctricamente entre sí, es decir por medio de sus electrones. Por ejemplo: Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Todos hemos estado en contacto con el agua y la encontramos en su mayor parte en forma líquida, como el agua que bebes de un vaso; pero qué pasa si el agua de ese vaso lo pones a hervir en una olla, sale un vapor y ese es otro estado del agua, el gaseoso. Ahora, si esa agua del vaso lo pones en un recipiente plástico en el congelador, se hace hielo y ese es el otro estado del agua, sólido. Advertencia: no pongas líquidos a congelar en vasos de vidrio porque se parten.

Bueno, como puedes notar, hay tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Pero lo más importante es que los pudiste cambiar variando la temperatura, de líquido a gaseoso aplicando calor y de líquido a sólido aplicando frío. Esto tiene una explicación: El calor dilata los cuerpos y el frío los contrae, por está razón el calor separó las moléculas de agua y cambió su estado de líquido a gaseoso, mientras que el frío unió las moléculas de agua y modificó su estado de líquido a sólido.

Podemos concluir, que los estados de la materia pueden cambiar al variar su temperatura, con altas temperaturas (aplicando calor) los podremos pasar de sólido a líquido y luego a gaseoso y con bajas temperaturas (enfriándolos) de gaseoso a líquido y luego a sólido. También que en los sólidos las moléculas están muy unidas, en los líquidos más separadas y en los gases mucho más. La fuerza que mantienen unidas a las moléculas se conoce como COHESIÓN y no es igual en todos los cuerpos y estados en que se encuentran.

CAMBIOS DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA

Como hemos dicho la materia se presenta en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Pero ésta puede cambiar de un estado a otro, a estos procesos se los define de la siguiente manera:

• - Congelación: Es el cambio del estado líquido al sólido.
• - Sublimación: Es el cambio del estado sólido al estado gaseoso.
• - Licuación: Es el cambio del estado gaseoso al estado líquido.
• - Vaporización: Es el cambio del estado líquido al estado gaseoso.
• - Solidificación: Es el cambio del estado gaseoso al estado sólido.
• - Fusión: Es el cambio del estado sólido al estado líquido.

Ahora estudiemos las características de los cuerpos, en estado sólido:

• - Su consistencia es más o menos dura.
• - Aunque no lo notemos sus moléculas se mueven muy lentamente, no lo hacen rápidamente debido a que la cohesión entre sus moléculas es tan fuerte que dificulta su movimiento y las mantiene unidas.

En el líquido:

• - Su consistencia es blanda y toma la forma del recipiente que lo contiene.
• - Las moléculas se mueven con mayor rapidez y esto es lo que precisamente no permite que un líquido tenga forma determinada.
• - A los líquidos también se los llama fluidos, porque la poca cohesión entre sus moléculas y el no poder apartarse unas de otras, le dan esta característica especial de fluidez.

En los gases:

• - No existe cohesión, por lo que sus moléculas tienden a separarse unas de otras.
• - Al no haber una fuerza que una sus moléculas, éstas se separan y ocupan un lugar ilimitado, por lo que carecen de forma.

Como lo dijimos en un párrafo anterior, al aplicar calor las moléculas de un cuerpo se separan, en el caso del agua se puede pasar del estado sólido, al líquido y luego al gaseoso, en este último estado sus moléculas al perder atracción mutua se escapan y se pierden en la atmósfera. Esto es lo que pasa en cuando el sol calienta el hielo de los glaciares, los derrite y los convierte en agua. También cuando la ausencia del sol hace que se enfríe el agua y se congele.

En tu casa debes haber experimentado el fenómeno de licuación, puesto que en el aire hay moléculas de agua libres y al poner una botella de jugo helado tapado o cerveza helada, debes haber notado como se humedece el exterior de la botella. Lo que ocurre es que el frío de la botella helada hace que las moléculas de agua se agrupen en forma de gotitas (pasando el agua de estado gaseoso a líquido). También al hervir el agua, no solamente has observado el cambio del agua del estado líquido a gaseoso, sino que si pones la tapa de la olla encima de ese vapor, notas como aparecen gotitas en la tapa, esto se debe a que la tapa enfría el vapor de agua y lo cambia de estado gaseoso a líquido. Esto también se observa cuando se cocina arroz y al destapar la olla, aparece mojada su tapa.

Cuando la materia está en estado gaseoso carece de volumen, cuando pasa a líquido el volumen lo adopta del recipiente que lo contiene y en estado sólido tiene un volumen definido. Al cambiar los estados de gaseoso a líquido o de líquido a sólido, la materia se hace más densa (más compacta). Cuando preparan flan o gelatina en tu casa, debes haber observado como el líquido se transforma en algo sólido por efecto de la temperatura. La temperatura es importante para condensar la materia, condensar es hacer la materia más densa o compacta. La condensación de un gas se obtiene por compresión o enfriamiento y es lo que sucede cuando con la tapa de una olla se enfría el vapor de agua y aparecen las gotitas en la tapa.

En una posterior entrega veremos sobre el ciclo del agua no solamente desde el punto de vista físico, sino también molecular.

Fuente:

Revista Varitek Universal, Año 2 – Número 6, 15 de junio del 2009.

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Categoría: Química

En el artículo de ciencia de la revista de mayo de este año tratamos sobre la materia, vimos que ésta está compuesta por partículas invisibles llamadas moléculas, las mismas que se dividen en otras más pequeñas llamadas átomos. Los átomos se dividen en protones, electrones y neutrones. Los protones tienen carga positiva, los electrones tienen carga negativa y los neutrones no tienen carga eléctrica. Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo, mientras que los electrones giran en órbitas elípticas a su alrededor.

La palabra fisión significa “rotura, separación o división”, la fisión nuclear hace referencia a la división del núcleo de un átomo, es más fácil en los elementos cuanto más pesados sean. El proceso de fisión nuclear consiste en bombardear un átomo pesado como el de Uranio-235 (U-235). Para dividir el núcleo se utilizan neutrones porque no tienen carga eléctrica, éstos chocan con los átomos U-235 y los dividen en dos de masa menor, se genera energía y se liberan algunos neutrones que bombardean otros átomos, repitiéndose en cada uno de ellos el proceso de fisión nuclear. Si la fisión no es controlada, continuará hasta que gran parte de la masa total de uranio se transforma en una energía poderosa, ocurriendo una reacción en cadena; esto es lo que sucede en la explosión de una bomba atómica. Uno de los elementos más utilizados en la fisión nuclear es el uranio que es el elemento natural más pesado y el plutonio porque experimenta desintegraciones espontáneas y tiene un período limitado.

A manera experimental se utilizó la fisión no controlada con U-235, el 16 de julio de 1945, cuando se hizo estallar una “bomba A” en el desierto de Nuevo México, cerca de los Alamos.

La energía que se libera en la fisión nuclear es la energía de enlace, ésta está presente debido a que los protones que tienen carga eléctrica positiva deberían repelerse entre sí, como lo vimos en el artículo de “la electricidad” de la revista del mes de abril de este año, pero en el núcleo también hay neutrones que no tienen carga eléctrica, éstos neutralizan la fuerza de repulsión entre los protones y los mantienen unidos. Cuando el núcleo se parte, la energía de enlace se libera en forma de energía nuclear, llamada así por ser proveniente del núcleo del átomo.

La fisión nuclear fue descubierta en 1939 por los investigadores alemanes Otto Hahn que recibió el Premio Nobel de Química en 1944 y Fritz Strassmann.

El 6 de agosto de 1945, se estaba desarrollando la Segunda Guerra Mundial, el Presidente de los Estados Unidos lanzó la primera bomba de fisión nuclear en Hiroshima y tres días después una segunda en Nagasaki, éstas acabaron con 250.000 japoneses y originaron el fin de la guerra al provocar la rendición incondicional del gobierno japonés el 14 de agosto de ese año.

La fisión nuclear también se ha utilizado para fines pacíficos, en varios países se han construido centrales nucleares para la generación de energía eléctrica. La primera planta comercial de energía nuclear fue una ubicada en Inglaterra, la central eléctrica Calder Hall que empezó su funcionamiento en 1956.

Para la fisión nuclear se requiere de materiales radiactivos como el uranio, plutonio o torio. Los materiales radiactivos son elementos que natural y lentamente se transforman en otros por causa de la fisión de sus núcleos respectivos. Las radiaciones que se producen durante los procesos de fisión nuclear son peligrosas y capaces de provocar la muerte.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", como el caso del uranio que es un isótopo pesado que con el transcurrir de los siglos acaba convirtiéndose en plomo, un isótopo mucho más ligero. Cuando determinado átomo tiene diferentes números de masa, cada variedad recibe el nombre de Isótopo, para el caso del Uranio existen los isótopos U-235, U-238 o U-239, entre otros.

Fuente:

Revista Varitek Universal, Año 2 – Número 9, 15 de septiembre del 2009.

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Categoría: Química

La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y es capaz de adquirir formas muy diversas. El agua, el aire, las cosas, los seres vivos y todo lo que observamos en la naturaleza es materia.

Composición de la materia

Está compuesta por partículas invisibles que se llaman moléculas y que se dividen en otras más pequeñas llamadas átomos.

Aunque la palabra átomo significa “indivisible”, está fue utilizada porque se creía que era la mínima parte en la que se podía dividir la materia. Actualmente los científicos han descubierto que el átomo se divide en: electrones, protones y neutrones. Los electrones tienen carga negativa y giran en órbitas elípticas alrededor del núcleo, en donde se encuentran los protones que tienen carga positiva y los neutrones que no tienen carga eléctrica.

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