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Hidrógeno

Hidrógeno

El hidrógeno es un elemento químico de número atómico 1. A temperatura ambiente es un gas diatómico inflamable, incoloro e inodoro y es el elemento químico más ligero y más abundante del Universo, estando las estrellas durante la mayor parte de su vida formadas mayormente por este elemento en estado de plasma. Aparece además en multitud de substancias, como por ejemplo el agua y los compuestos orgánicos y es capaz de reaccionar con la mayoría de los elementos. El núcleo del isótopo más abundante está formado por un solo protón. Además existen otros dos isótopos: el deuterio, que tiene un neutrón y el tritio que tiene dos. En laboratorio se obtiene mediante la reacción de ácidos con metales como el zinc e industrialmente mediante la electrólisis del agua, aunque se están investigando otros métodos en los que intervienen las algas verdes. El hidrógeno se emplea en la producción de amoniaco, como combustible alternativo y recientemente para el suministro de energía en las pilas de combustible.

Características principales

El hidrógeno es el elemento químico más ligero, estando su isótopo más abundante constituido por un único par protón-electrón. En condiciones normales de presión y temperatura forma un gas diatómico, H2 con un punto de ebullición de tan sólo 20,27 K (-252,88 ºC) y un punto de fusión de 14,02 K (-259,13 ºC). A muy alta presión, tal como la que se produce en el núcleo de las estrellas gigantes de gas, las moléculas mudan su naturaleza y el hidrógeno se convierte en un líquido metálico (ver hidrógeno metálico). A muy baja presión, como la del espacio, el hidrógeno tiende a existir en átomos individuales, simplemente porque es muy baja la probabilidad de que se combinen, sin embargo, cuando esto sucede pueden llegar a formarse nubes de H2 que se asocian a la génesis de las estrellas. Este elemento tiene una función fundamental en el universo, ya que mediante la fusión estelar (combinación de átomos de hidrógeno del que resulta un átomo de helio) proporciona ingentes cantidades de energía.

Aplicaciones

Industrialmente se precisan grandes cantidades de hidrógeno, principalmente en el proceso de Haber para la obtención de amoniaco, en la hidrogenación de grasas y aceites y en la obtendión de metanol. Otros usos que pueden citarse son:
- Producción de ácido clorhídrico, combustible para cohetes, y reducción de minerales metálicos.
- El hidrógeno líquido se emplea en aplicaciones criogénicas, incluyendo la investigación de la superconductividad.
- Empleado antaño por su ligereza como gas de relleno en globos y zepelines, tras el desastre del Hindenburg se abandonó su uso por su gran inflamabilidad.
- El tritio se produce en las reacciones nucleares y se emplea en la construcción de bombas de hidrógeno. También se emplea como fuente de radiación en pinturas luminosas y como marcador en las ciencias biológicas.
- El deuterio se emplea en aplicaciones nucleares como moderador, como constituyente del agua pesada. El hidrógeno puede emplearse en motores de combustión interna. Una flota de automóviles con motores de este tipo es mantenida en la actualidad por Chrysler-BMW. Además, las pilas de combustible en desarrollo parece que serán capaces de ofrecer una alternativa limpia y económica a los motores de combustión interna. Ver: Energías renovables en Alemania

Historia

El hidrógeno (del francés Hydrogène, a su vez del griego hydor, agua y gennasin, generar) fue reconocido como un elemento químico en 1776 por Henry Cavendish; más tarde Antoine Lavoisier le daría el nombre por el que lo conocemos.

Abundancia y obtención

El hidrógeno es el elemento más abundante, constituyendo el 75% de la masa y el 90% de los átomos del universo. Se encuentra en abundancia en las estrellas y en los planetas gigantes gaseosos, sin embargo, en la atmósfera terrestre se encuentra tan sólo una fracción de 1 ppm en volumen. La fuente más común de hidrógeno es el agua, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Otras fuentes son la mayor parte de los compuestos orgánicos, incluyendo todas las formas de vida conocidas, los combustibles fósiles y el gas natural. El metano, producto de la descomposición orgánica, está adquiriendo una creciente importancia como fuente de hidrógeno. El hidrógeno se obtiene de distintas formas:
- Electrólisis del agua; actualmente se investiga la fotólisis del agua.
- Reformado de hidrocarburos con vapor de agua.
- Ataque de metales con hidróxido sódico, potásico.
- Ataque de metales (Zn y Al) con ácidos sulfúrico o clorhídrico.

Compuestos

El hidrógeno tiene una electronegatividad intermedia (2,2) por lo que puede formar compuestos en los que sea el elemento con mayor o menor carácter metálico. Tanto con los elementos metálicos de los grupos 1 y 2 como con los no metales de los grupos 15, 16 y 17 forma hidruros. Con los primeros está presente en forma de H- mientras que en los segundos está presente como ión H+, por lo que éstos últimos tienen carácter ácido. Algunos compuestos binarios son amoniaco (NH3), hidracina (N2H4), agua (H2O), agua oxigenada (H2O2), sulfuro de hidrógeno (H2S), etc. Con el carbono (elemento del grupo 14) forma una inmensa cantidad de compuestos, los hidrocarburos y derivados que son el objeto de estudio de la química orgánica.

Formas

En condiciones normales, el gas hidrógeno es una mezcla de dos tipos de hidrógeno diferentes en función de la dirección del espín de sus electrones y núcleos. Estas formas se conocen como orto- y para-hidrógeno. El hidrógeno normal está compuesto por un 25% de la forma para- y un 75% de la forma orto-, la considerada "normal", aunque no pueda obtenerse en estado puro. Ambas formas tienen energías ligeramente diferentes, lo que provoca que sus propiedades físicas no sean idénticas; así por ejemplo, la forma para- tiene puntos de fusión y ebullicicón 0,1 K más bajos que la forma orto-.

Isótopos

El isótopo más común del hidrógeno, también llamado protio, no posee neutrones, existiendo otros dos, el deuterio (D) con uno y el tritio (T), radiactivo con dos. El deuterio tiene una abundancia natural comprendida entre 0,0184 y el 0,0082% (IUPAC). El hidrógeno es el único elemento químico que tiene nombres, y símbolos químicos, distintos para sus diferentes isótopos.

Precauciones

El hidrógeno es un gas extremadamente inflamable. Reacciona violentamente con el flúor y el cloro, especialmente con el primero, con el que la reacción es tan rápida e imprevisible que no se puede controlar. También es peligrosa su despresurización rápida, ya que a diferencia del resto de gases, al expandirse por encima de -40ºC se calienta, puediendo inflamarse. El agua pesada es tóxica para la mayoría de las especies, aunque la dosis mortal es muy grande.

Enlaces externos


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/H/index.html WebElements.com]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/H.html EnvironmentalChemistry.com]
- [http://education.jlab.org/itselemental/ele001.html Es Elemental]
- [http://www.hforo.org/ El hidrógeno como combustible] Categoría:Elementos químicos ja:水素 ko:수소 ms:Hidrogen simple:Hydrogen th:ไฮโดรเจน

Tabla periódica de los elementos


- Lista de elementos por símbolo
- Listado alfabético de elementos químicos
- Dmitri Mendeleyev, el inventor de la tabla periódica.

Enlaces externos


- [http://www.enodisoft.tk/ EQTabla] Tabla periódica con datos, gráficas y recursos relacionados.
- [http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/ Los elementos químicos]
- [http://www.geocities.com/tablaperiodica88/ Tabla periódica 8×8] y otras variantes.
- [http://www.fincher.org/Misc/mayan.shtml Tabla periódica estilo "calendario maya"], organizada de acuerdo a los orbitales atómicos (configuración electrónica); en inglés.
- [http://www.librys.com/sistemaperiodico/ Relación de tablas periódicas] Categoría:Elementos químicos als:Periodensystem ja:周期表 ko:주기율표 ms:Jadual berkala simple:Periodic table th:ตารางธาตุ

Gas

Se denomina gas a un estado de agregación de la materia en el cual las fuerzas interatómicas o intermoleculares de una sustancia son tan pequeñas que no adopta ni forma un volumen fijo, tendiendo a expandirse todo lo posible para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene.

Leyes de proporcionalidad en los gases

Existen diversas leyes que relacionaban la presión, el volumen y la temperatura de un gas.

Ley de Boyle-Mariot

A una temperatura dada, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión. De acuerdo a esto, es posible calcular la variación de presión o volumen de un gas al hacer variar una de estas variables, usando la ecuación: :V1P1=V2P2 \,\! donde V1 y P1 corresponden respectivamente al volumen y presión iniciales del gas y V2 y P2, volumen y presión del mismo gas una vez que se ha hecho variar una de esas dos condiciones.

Ley de Charles

A una presión dada, el volumen ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura. Matemáticamente la expresión es :V1/T1=V2/T2 \,\!

Ley de Gay-Lussac

La presión de un gas que se mantine a volumen constante es directamente proporcional a la temperatura: :P1/T1=P2/T2 \,\! Es por esto que para poder envasar gas como gas licuado, primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado hasta una temperatura característica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presión requerida para licuarlo sin que se sobrecaliente y eventualmente explote.

Ley de los gases ideales

Las tres leyes mencionadas pueden combinarse matemáticamente en la llamada ley general de los gases. Su expresión matemática es: : PV=nRT \,\! siendo P la presión, V el volumen, n el número de moles y R la constante universal de los gases ideales. El valor de R depende de las unidades que se estén utilizando:
- R = 0,082 (atm·L)/(K·mol) si se trabaja con atmósferas y litros
- R = 8,31451 J/(g·mol·K) si se trabaja en Sistema Internacional de Unidades . De esta ley se deduce que un mol de gas ocupa un volumen igual a 22,4 litros 0 ºC y 1 atmósfera.

Gases reales

Si se quiere afinar más o si se quiere medir el comportamiento de algún gas que escapa al comportamiento ideal habrá que recurrir a las ecuaciones de los gases reales las cuales son variadas y más complicadas cuanto más precisas. Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegaría un momento en el que no ocuparían más volumen. Esto se debe a que entre sus átomos/moléculas se establecen unas fuerzas bastante pequeñas, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostáticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals.

Comportamiento de los gases

Para el comportamiento térmico de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material. Cualquier gas se considera como un fluido, porque tiene las propiedades que le permiten comportarse como tal. Sus moléculas, en continuo movimiento, logran colisionar las paredes que los contiene y casi todo el tiempo ejercen una presión permanente. Como el gas se expande, la energía intermolecular (entre molécula y molécula) hace que un gas, al ir añadiéndole energía calorífica, tienda a aumentar su volumen. Un gas tiende a ser activo químicamente debido a que su superficie molecular es también grande, es decir entre cada partícula se realiza mayor contacto, haciendo mas fácil una o varias reacciones entre las sustancias. Para entender mejor el comportamiento de un gas siempre se realizan estudios con respecto al gas ideal aunque este en realidad nunca existe y las propiedades de este son:
- Un gas está constituido por moléculas de igual tamaño y masa, pero una mezcla de gases diferentes, no.
- Se le supone con un número pequeño de moléculas, así su densidad es baja y su atracción molecular es nula.
- El volumen que ocupa el gas es mínimo, en comparación con el volumen total del recipiente.
- Las moléculas de un gas contenidas en un recipiente, se encuentran en constante movimiento, por lo que chocan, ya entre sí o contra las paredes del recipiente que las contiene.

Véase también


- Amedeo Avogadro
- Número de Avogadro
- Presión parcial
- Gases combustibles
  - Gas licuado del petróleo
  - Gas natural
  - Biogas
- Gas noble
- Conceptos generales
- Estado de agregación de la materia
- Cambio de estado Categoría:Estados de la materia ja:気体 ko:기체 ms:Gas simple:Gas th:แก๊ส

Inodoro

Puede referirse a:
- Inodoro: aparato sanitario
- Inodoro también es un adjetivo que se utiliza para referirse a compuestos que no tienen olor, como el agua.

Universo

El Universo es el continuo espacio-tiempo en que nos encontramos, junto con toda la materia y energía existentes en él. Su estudio, en las mayores escalas, es el objeto de la cosmología, disciplina basada en la astronomía y la física.
- Edad: El Universo tiene 13.700 millones de años (margen de error cercano al 1%).
- Forma Geométrica: Plana
- .
- Destino final: La evidencia apoya la Teoría de la expansión permanente del Universo. (
- ) En este caso no significa un universo bidimensional, sino plano en el sentido de no-curvo, de geometría euclídea. Hay muchas teorías sobre su origen y destino final:

Véase también


- Big Bang
- Big Crunch
- Big Rip
- Destino último del universo
- Astronomía ---- Otros conceptos de universo: Universo (matemáticas), en informática Universo (software) y en narrativa Universo de ficción. categoría:Cosmología special_irv@hotmail.com ja:宇宙 ko:우주 ms:Alam Semesta simple:Universe

Estrella

es una de las agrupaciones de estrellas jóvenes más conocida.]] Una estrella es una esfera de plasma autogravitante, en equilibrio hidrostático, que genera energía en su interior mediante reacciones termonucleares. La energía generada se emite al espacio en forma de radiación electromagnética, neutrinos y viento estelar. Se observan en el cielo nocturno como puntos luminosos, titilantes debido al efecto de la atmósfera terrestre. El Sol, al estar tan cerca, se observa no como un punto sino como un disco luminoso cuya presencia o ausencia en nuestro cielo provoca el día o la noche respectivamente. Son objetos de masas enormes comprendidas entre 0,08 y 120 masas solares (Msol). Su luminosidad también tiene un rango muy amplio yendo desde una diez milésima a un millón de veces la luminosidad del Sol. Radio, temperatura y luminosidad de la estrella se pueden relacionar mediante su aproximación a cuerpo negro con la siguiente ecuación: L = 4 \pi R^2 \sigma T_^4 :Donde L es la luminosidad, \sigma la constante de Stefan-Boltzmann, R el radio y Te la temperatura efectiva.

Formación y evolución de las estrellas


- Más información en: Formación estelar | Evolución estelar | Diagrama de Hertzsprung-Russell Las estrellas se forman en las regiones más densas de las nubes moleculares como consecuencia de las inestabilidades gravitatorias causadas, principalmente, por supernovas o colisiones galácticas. El proceso se acelera una vez que estas nubes de hidrógeno molecular (H2) empiezan a caer sobre sí mismas, alimentado por la cada vez más intensa atracción gravitatoria. Su densidad, aumenta progresivamente siendo más rápido el proceso en el centro que en la periferia. No tarda mucho en formarse un núcleo en contracción muy caliente llamado protoestrella. El colapso en este núcleo es, finalmente, detenido cuando comienzan las reacciones nucleares que elevan la presión y temperatura de la protoestrella. Una vez estabilizada la fusión del hidrógeno, se considera que la estrella está en la llamada secuencia principal, fase que ocupa aproximadamente un 90% de su vida. Cuando el hidrógeno del núcleo se agota, su evolución dependerá de la masa (detalles en evolución estelar), pudiendo convertirse en una enana blanca, o explotando como supernova, dejando también un remanente estelar que puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro. Así pues, la vida de una estrella se caracteriza por largas fases de estabilidad regidas por la escala de tiempo nuclear separadas por breves etapas de transición dominadas por la escala de tiempo dinámico. (ver: Escalas de tiempo estelar). Una estrella típica como el Sol tendrá simetría esférica y perderá a lo largo de su vida una cantidad de masa despreciable con respecto al total. En el sistema solar unos 1020 gramos de materia estelar son expulsados por el viento solar cada año. Las perdidas de masa solo serán significativas en las estrellas de más de 10 masas solares mucho más escasas. En las fases finales de la vida de una estrella, ya sea mediante supernovas o por la acción de intensísimos vientos estelares, devuelve parte del material que la forma al espacio interestelar. Esto incluye elementos pesados producidos en la estrella que más tarde formarán nuevas estrellas y planetas aumentando así la metalicidad del Universo.

Agrupaciones y distribución estelar


- Más información en: Galaxias | Cúmulo estelar | Estrellas binarias | Planeta extrasolar

Estrellas ligadas

Las estrellas están normalmente ligadas gravitacionalmente unas con otras formando sistemas binarios, ternarios o agrupaciones mayores. La mayor parte de las estrellas forman parte de sistemas binarios, otras se agrupan en grandes concentraciones que van desde las decenas hasta los centenares de miles o incluso millones de estrellas, formando los denominados cúmulos estelares. Estos cúmulos son fruto de brotes de formación estelar y se cree que todas las estrellas se forman en grupo. En la Vía Láctea se distinguen dos tipos. Los cúmulos globulares que se encuentran en el halo y contienen entre 10.000 y 1.000.000 de estrellas y los cúmulos abiertos que están en el disco y són de formación reciente, algunos con abundantes estrellas azules. Estos últimos son notablemente más pequeños e irregulares que los primeros y tienen un intervalo de edades entre sus miembros más amplio.

Estrellas aisladas

No todas mantienen esos lazos gravitatorios, otras como el Sol, viajan solitarias, habiéndose separado hace mucho de la agrupación estelar en la que se formaron. Estas estrellas aisladas obedecen, tan solo, al campo gravitatorio global constituido por la superposición de los campos del total de objetos de la galaxia, entre agujeros negros, estrellas, objetos compactos y gas interestelar.

Sistemas extrasolares

gas interestelar En tiempos recientes se han descubierto también otros sistemas planetarios. Se conocen alrededor de 120 estrellas con compañeros subestelares con masas entre una y diez veces la masa de Júpiter. Son conocidos como planetas extrasolares aunque en los más grandes se discute si podrían ser, tal vez, enanas marrones. A pesar de todo la contribución a la masa total de la galaxia de estos cuerpos planetarios es despreciable. También se observan alrededor de algunas estrellas discos de acrecimiento protoplanetarios.

Distribución estelar

Las estrellas no están distribuidas uniformemente en el Universo a pesar de lo que pueda parecer a simple vista. En realidad están agrupadas en galaxias. Una galaxia espiral típica (como la Vía Láctea) contiene cientos de miles de millones de estrellas agrupadas, la mayoría, en el estrecho plano galáctico. El cielo nocturno terrestre aparece homogéneo a simple vista porque sólo es posible observar una región muy localizada del plano galáctico. Extrapolando de lo observado en la vecindad del Sistema solar, se puede decir que la mayor parte de estrellas se concentran en el disco galáctico y dentro de éste en una región central, el bulbo galáctico, que se sitúa en la constelación de sagitario.

Estructura estelar


- Más información en: Estructura estelar | Sol Una estrella típica se divide en núcleo, manto y atmósfera. En el núcleo es donde se producen las reacciones nucleares que generan su energía. El manto transporta dicha energía hacia la superficie y según como la transporte ya sea por convección o radiación se dividirá en dos zonas, radiante y convectiva. Finalmente la atmósfera es la parte más superficial de las estrellas y la única que es visible y se divide en cromosfera, fotosfera y corona solar. La atmósfera estelar es la zona más fría de las estrellas y en ellas se producen los fenómenos de eyección de materia. Empero, la corona supone una excepción a lo dicho ya que la temperatura vuelve a aumentar hasta llegar al millón de grados por lo menos. Pero es una temperatura engañosa. En realidad esta capa es muy poco densa y está formada por partículas ionizadas altamente aceleradas por el campo magnético de la estrella. Su grandes velocidades les confieren a esas partículas altas temperaturas. A lo largo de su ciclo las estrellas experimentan cambios en el tamaño de las capas e incluso en el orden en que se disponen. En algunas la zona radiante se situará antes que la convectiva y en otrás al revés y eso dependerá tanto de la masa del astro como de la fase de fusión en que se encuentre. Así mismo el núcleo también puede modificar sus características y su tamaño a lo largo de la evolución de la estrella.

Generación de energía en las estrellas


- Más información en: Nucleosíntesis estelar | Producción de energía en las estrellas | Pico de Gamow | Evolución estelar A principios del siglo XX la ciencia se preguntaba cual era la fuente de la increible energía que alimentaba las estrellas. Ninguna de las soluciones conocidas en la época resultaba viable. Ninguna reacción química alcanzaba el rendimiento necesario para mantener la luminosidad que despedía el Sol. Asimismo, la contracción gravitatoria, si bien resultaba una fuente energética más, no podía explicar el aporte de calor a lo largo de miles de millones de años. Cuando se descubrió la interacción fuerte, aparecieron dos nuevos candidatos. La fisión y la fusión nuclear. La fisión quedó rápidamente descartada, ya que en las estrellas apenas se detectaba presencia alguna de elementos más pesados que el hierro. En seguida quedó claro que solo la fusión nuclear podía proveer a las estrellas de esas ingentes cantidades de energía que precisaban para mantener su estabilidad. Aún así, resultó que las temperaturas que se alcanzan en los núcleos de las estrellas son demasiado bajas como para fusionar los iones. Ocurre que el efecto túnel permite que dos partículas con energías insuficientes para traspasar la barrera de potencial que las separa tengan una probabilidad de saltar esa barrera y poderse unir. Al haber tantas colisiones estadísticamente se dan suficientes reacciones de fusión como para que se sostenga la estrella pero no tantas reacciones como para hacerla estallar. Existe un óptimo de energía para el cual se dan la mayoría de reacciones que resulta del cruce de la probabilidad de que dos partículas tengan una energía determinada E a una temperatura T y de la probabilidad de que esas partículas se salten la barrera por efecto túnel. Es el llamado pico de Gamow. Una gran variedad de reacciones diferentes de fusión tienen lugar dentro de los núcleos de las estrellas las cuales dependen de la masa y composición de las mismas. Normalmente las estrellas inician su combustión nuclear con alrededor de un 75% de hidrógeno y un 25% de helio junto con pequeñas trazas de otros elementos. En el núcleo del Sol con unos 107 K el hidrógeno se fusiona para formar helio mediante la cadena protón-protón: :4¹H → 2²H + 2e+ + 2νe (4.0 MeV + 1.0 MeV) :2¹H + 2²H → 2³He + 2γ (5.5 MeV) :2³He → 4He + 2¹H (12.9 MeV) Estas reacciones quedan reducidas en la reacción global: :4¹H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV) En estrellas más masivas el helio se produce en un ciclo de reacciones catalizadas por el carbono, es el ciclo del carbono-nitrógeno-oxígeno. Esto es representado ejemplarmente en el caso de una estrella con 18 masas solares: En las estrellas cuyos núcleos se encuentran a 108 K y cuyas masas van desde las 0.5 a las 10 masas solares el helio resultante de las primeras reacciones puede transformarse en carbono a través del proceso triple-alfa: :4He + 4He + 92 keV → 8
- Be :4He + 8
- Be + 67 keV → 12
- C :12
- C → 12C + γ + 7.4 MeV La reacción global es: :34He → 12C + γ + 7.2 MeV

Composición


- Más información en: Metalicidad La composición química de una estrella varía según la generación a la que pertenezca. Cuanto más antigua sea más baja será su metalicidad. Al inicio de su vida una estrella similar al Sol contiene aproximadamente 75% de hidrógeno y 23% de helio. El 2% restante lo forman elementos más pesados, aportados por estrellas que finalizaron su ciclo antes que ella. Estos porcentajes son en masa; en volumen, la relación es 90% de hidrógeno y 10% de helio. En la Vía Láctea, las estrellas se clasifican en dos grandes grupos según su riqueza en metales. Las que tienen una cierta abundancia se denominan de la población I, mientras que las estrellas pobres en metales forman parte de la población II. Normalmente la metalicidad va directamente relacionada con la edad de la estrella. A más elementos pesados más joven es la estrella. La composición de una estrella evoluciona a lo largo de su ciclo, aumentando su contenido en elementos pesados en detrimento del hidrógeno, sobre todo. Sin embargo, las estrellas sólo queman un 10% de su masa inicial, por lo que globalmente su metalicidad no aumenta mucho. Además, las reacciones nucleares sólo se dan en las regiones centrales de la estrella. Este es el motivo por el que cuando se analiza el espectro de una estrella lo que se observa es, en la mayoría de los casos, la composición que tenía cuando se formó. En algunas estrellas poco masivas los movimientos de convección penetran mucho en el interior, llegando a mezclar material procesado con el original. Entonces se puede observar incluso en la superficie parte de ese material procesado. La estrella presenta, en esos casos, una composición superficial con más metales.

La estrella prototípica


- Más información en: Sol El Sol es tomado como la estrella prototípica, no porque sea especial en ningún sentido, sino porque es la más cercana a la Tierra y por tanto la más estudiada. La mayoría de las características de las estrellas se suelen medir en unidades solares. Las magnitudes solares son usadas en astrofísica estelar como patrones. La masa del Sol es: :Msol = 1.9891 × 1030 kg y las masas de las otras estrellas se miden en masas solares abreviado como Msol.

Clasificación


- Más información en: Clasificación estelar La primera clasificación estelar fue realizada por Hiparco de Nicea y preservada en la Cultura Occidental a través de Ptolomeo, en una obra llamada almagesto. Este sistema clasificaba las estrellas por la intensidad de su brillo aparente visto desde la Tierra. Hiparco definió una escala decreciente de magnitudes, donde las estrellas más brillantes son de primera magnitud y las menos brillantes, casi invisibles con el ojo desnudo, son de sexta magnitud. Aunque ya no se emplea, constituyó la base para la clasificación actual. La clasificación moderna se realiza a través del tipo espectral. Existen dos tipos de clasificación, basados en dos catálogos diferentes: el catálogo de Henry Draper (HD) realizado en Harvard a principios del siglo XX, el cual determina lo que se denomina Tipo espectral, y el catálogo del Observatorio de Yerkes, realizado en 1943, el cual determina lo que se denomina Clase de luminosidad.

Tipos espectrales

Esta clasificación distingue las estrellas de acuerdo a su espectro luminoso y su temperatura superficial. Una medida simple de esta temperatura es el índice de color de la estrella. La clasificación es W, O, B, A, F, G, K, M, L y T yendo de mayor a menor temperatura. Las estrellas de tipo O, B y A son muy calientes, y el tipo M es considerablemente más frío. Los tipos W, L y T se introdujeron recientemente. La temperatura superficial, que determina la clase espectral, también determina el color de la estrella. De esta manera, las estrellas O son azules, mientras que estrellas de menor temperatura superficial (clases K o M) son rojizas, como Betelgeuse o Antares. Una pequeña guía de los diferentes colores y ejemplos de estrellas pertenecientes al grupo se cita a continuación:

Clases de luminosidad

Desafortunadamente la clasificación de Harvard de tipos espectrales no determina unívocamente las características de una estrella. Estrellas con la misma temperatura pueden tener tamaños muy diferentes, lo que implica luminosidades muy diferentes. Para distinguirlas se definieron, en Yerkes, las clases de luminosidad. En este sistema de clasificación se examina nuevamente el espectro estelar y se buscan líneas espectrales sensibles a la gravedad de la estrella. De este modo es posible estimar su tamaño. Ambos sistemas de clasificación son complementarios. Aproximadamente un 10% de todas las estrellas son enanas blancas, un 70% son estrellas de tipo M, un 10% son estrellas de tipo K y un 4% son estrellas tipo G como el Sol. Tan sólo un 1% de las estrellas son de mayor masa y tipos A y F. Las estrellas de Wolf-Rayet son extremadamente infrecuentes. Las enanas marrones, proyectos de estrellas que se quedaron a medias a causa de su pequeña masa, podrían ser muy abundantes pero su débil luminosidad impide realizar un censo apropiado.

Mitología estelar

Tal como ha sucedido con ciertas constelaciones y con el propio sol, las estrellas en general tienen su propia mitología. En estadios precientíficos de la civilización, se las ha observado como entidades vivientes (animismo), dotadas de fuerza sobrenatural. Se las ha identifiado, eventualmente, con el alma de los muertos, o bien con dioses/diosas. La trayectoria de las estrellas y su configuración en el espacio, aún hoy forman parte de algunos constructos culturales ligados al pensamiento mágico.

Bibliografía


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- Murdin, Pavy y Lesley: Supernovas. Promotora General de Estudios, 1989 ISBN 8486505224
- Langer, N.: Leben und Sterben der Sterne. Munich, 1995 ISBN 3-406-39720-4.
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- Prialnik, D.:An Introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution. Cambridge University Press, 2000 ISBN 0-521-65065-8
- Scheffler, H. y Elsässer, Hans: Physik der Sterne und der Sonne ISBN 3-411-14172-7
- Voigt, H. H.: Abriß der Astronomie ISBN 3-411-03148-4
- Widmann, W. et al. Guía de las estrellas. Ediciones Omega, 1999.

Véase también


- Estructura estelar
- Clasificación estelar
- Diagrama de Hertzsprung-Russell
- Evolución estelar
- Catálogo de estrellas
- Constelaciones
- Listado de estrellas
- Objeto astronómico

Enlaces externos


- [http://www.astrosurf.com/astronosur/estrellas.htm AstronomíaSur] Estrellas
- [http://www.portalciencia.net/mito.html portalciencia.net] Mitología: Estrellas y Planetas
- [http://www.mrao.cam.ac.uk/telescopes/coast/betel.html Imágenes de posiciones estelares en la superficie de Betelgeuse]
- [http://simbad.u-strasbg.fr/sim-fid.pl Descubra qué se conoce de una estrella determinada, ingresando su nombre o posición]
- [http://jumk.de/astronomie/astronomy.shtml Lista de estrellas especiales]
- [http://www.zum.de/Faecher/A/Sa/STERNE/beg_sky.htm www.zum.de] Formación estelar
- [http://www.astronomia.de/sternent.htm www.astronomia.de] Formación estelar (resumen)
- [http://celestia.sourceforge.net/ Celestia] Simulación espacial 3D en tiempo real (OpenGL) categoría:Astronomía y astrofísica categoría:Astrofísica estelar
- ja:恒星 ko:항성 ms:Bintang simple:Star th:ดาวฤกษ์

Plasma (estado de la materia)

thumb En física y química, un plasma es un sistema que contiene un número significativo de partículas cargadas libres y cuya dinámica presenta efectos colectivos dominados por las interacciones electromagnéticas de largo alcance entre las mismas. Con frecuencia se habla del plasma como un estado de agregación de la materia con características propias, diferenciándolo de este modo del estado gaseoso, en el que no existen efectos colectivos importantes.

Historia

Se puede decir que la disciplina que hoy llamamos física del plasma nació de la convergencia entre dos líneas de investigación originadas en el siglo XIX. gaseoso Por un lado, el estudio riguroso de las descargas eléctricas fue iniciado en Inglaterra por Michael Faraday y continuado después por Joseph John Thomson, William Crookes y Sealy Edward Townsend. En 1923 Irving Langmuir observó que los gases ionizados presentes en una descarga respondían colectivamente a las perturbaciones externas. Esta cualidad, análoga a la de los plasmas sanguíneos, le llevó a adoptar el término plasma para referirse a estos sistemas. La otra columna sobre la que descansa la física del plasma proviene de los estudios sobre el comportamiento de fluidos conductores bajo la influencia de campos electromagnéticos. Esta disciplina, llamada magnetohidrodinámica, fue desarrollada inicialmente por Michael Faraday y André-Marie Ampère. En el siglo XX la magnetohidrodinámica permitió estudiar fenómenos observados en el Sol y en la ionosfera terrestre. Por ejemplo, las ondas magnetohidrodinámicas, hoy llamadas ondas de Alfvén en honor al físico sueco Hannes Alfvén, fueron introducidas por el mismo en 1942. Esta aportación fue premiada con el premio Nobel de física en 1970, único premio Nobel concedido hasta hoy por trabajos en la física del plasma. Tras la Segunda Guerra Mundial el creciente interés en desarrollar reactores de fusión que proporcionaran una energía limpia, segura y barata alimentó un rápido avance de la física del plasma, esencial para entender el comportamiento de un gas a las altas temperaturas necesarias en el interior de tales dispositivos. A pesar del optimismo inicial, la fusión nuclear aún no ha logrado cumplir sus promesas, principalmente debido a la existencia de inestabilidades antes desconocidas en el plasma. Sin embargo, la comunidad científica espera que el Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) logre eliminar tales inestabilidades y opere sostenidamente en condiciones energéticamente rentables de fusión. Actualmente la física del plasma es una disciplina madura y extensa. Sus herramientas son imprescindibles en la investigación astrofísica y geofísica; sus aplicaciones tienen una gran importancia económica y van desde la mencionada fusión nuclear hasta el tratamiento de materiales mediante descargas eléctricas. Otros usos industriales son el grabado de circuitos electrónicos y la purificación de emisiones contaminantes.

Parámetros de un plasma

Puesto que existen plasmas en contextos muy diferentes y con características muy diversas, la primera tarea de la física del plasma es definir apropiadamente los parámetros que deciden el comportamiento de un plasma. El conocimiento de estos parámetros permite al investigador escoger la descripción más apropiada para su sistema. Los principales parámetros son los siguientes:

Neutralidad y especies presentes

Generalmente un plasma está formado por igual número de cargas positivas y negativas, lo que anula la carga total del sistema. En tal caso se habla de un plasma neutro o cuasi-neutro. También existen plasmas no neutros, como el flujo de electrones dentro de un acelerador de partículas, pero requieren algún tipo de confinamiento externo para vencer las fuerzas de repulsión electrostática. Los plasmas más comunes son los formados por electrones e iones. En general puede haber varias especies de iones dentro del plasma, como moléculas ionizadas (cationes) y otras que han capturado un electrón y portan una carga negativa (aniones).

Longitudes

La longitud de Debye o de apantallamiento electromagnético (\lambda_D) determina el rango típico de las interacciones electrostáticas de una determinada especie. Supongamos una cierta carga positiva presente en un plasma de electrones e iones. Los electrones serán atraídos y formarán una capa de carga negativa alrededor de ella. A partir de cierta distancia la carga habrá quedado neutralizada y no tendrá efectos apreciables. La longitud de Debye es una estimación de esta distancia. En un gas de electrones de densidad n_e y temperatura T_e tenemos \lambda_D = (kT/4\pi n_e^2)^, donde k simboliza la constante de Boltzmann. Otra longitud importante en un plasma es el camino libre medio o la distancia media entre colisiones. Este parámetro y su comparación con la longitud de Debye determinan la importancia que hemos de dar a las colisiones en el modelado de nuestro sistema.

La frecuencia de plasma

Así como la longitud de Debye proporciona una medida de las longitudes típicas en un plasma, la frecuencia de plasma (\omega_p) describe sus tiempos característicos. Supongamos que en un plasma en equilibrio y sin densidades de carga introducimos un pequeño desplazamiento de todos los electrones en una dirección. Éstos sentirán la atracción de los iones en la dirección opuesta, se moverán hacia ella y comenzarán a oscilar en torno a la posición original de equilibrio. La frecuencia de tal oscilación es lo que denominamos frecuencia de plasma. La frecuencia de plasma de los electrones es \omega_ = (4\pi n_ee^2/m_e)^, donde m_e es la masa del electrón y e su carga.

Temperatura: velocidad térmica

Por lo general las partículas de una determinada especie localizadas en un punto dado no tienen igual velocidad: presentan por el contrario una distribución que en el equilibrio térmico es descrita por la distribución de Maxwell-Boltzmann. A mayor temperatura, mayor será la dispersión de velocidades (más ancha será la curva que la representa). Una medida de tal dispersión es la velocidad cuadrática media que, en el equilibrio, se denomina también velocidad térmica. Es frecuente, aunque formalmente incorrecto, hablar también de velocidad térmica y de temperatura en plasmas lejos del equilibrio termodinámico. En tal caso, se menciona la temperatura que correspondería a una velocidad cuadrática media determinada. La velocidad térmica de los electrones es: v_ = (kT_e/m_e)^

El parámetro de plasma

El parámetro de plasma (\Gamma) indica el número medio de partículas contenidas en una esfera cuyo radio es la longitud de Debye (esfera de Debye). La definición de plasma, según la cual la interacción electromagnética de una partícula con la multitud de partículas distantes domina sobre la interacción con los pocos vecinos próximos, puede escribirse en términos del parámetro de plasma como \Gamma \gg 1. Esto es: hay un gran número de partículas contenidas en una esfera de Debye. Es común referirse a esta desigualdad como ´´condición de plasma.´´ Nótese que algunos autores adoptan una definición inversa del parámetro de plasma (g=1/\Gamma), con lo que la condición de plasma resulta ser g \ll 1. El parámetro de plasma de los electrones es \Gamma = (4\pi/3)n_e\lambda_D^3

Modelos teóricos

Tras conocer los valores de los parámetros descritos en la sección anterior, el estudioso de los plasmas deberá escoger el modelo más apropiado para el fenómeno que le ocupe. Las diferencias entre diferentes modelos residen en el detalle con el que describen un sistema, de modo que se puede establecer así jerarquía en la que descripciones de nivel superior se deducen de las inferiores tras asumir que algunas de las variables se comportan de forma prescrita. Estas asunciones o aproximaciones razonables no son estrictamente ciertas pero permiten entender fenómenos que serían difíciles de tratar en modelos más detallados. Por supuesto, no todas las especies han de ser descritas de una misma forma: por ejemplo, debido a que los iones son mucho más pesados que los electrones, es frecuente analizar la dinámica de los últimos tomando a los iones como inmóviles o estudiar los movimientos de los iones suponiendo que los electrones reaccionan mucho más rápido y por tanto están siempre en equilibrio termodinámico. Puesto que las fuerzas electromgnéticas de largo alcance son dominantes, todo modelo de plasma estará acoplado a las ecuaciones de Maxwell, que determinan los campos electromagnéticos a partir de las cargas y corrientes en el sistema. Los modelos fundamentales más usados en la física del plasma, listados en orden decreciente de detalle, es decir de microscópicos a macroscópicos, son:

Modelos discretos

El máximo detalle en el modelado de un plasma consiste en describir la dinámica de cada una de sus partículas según la segunda ley de Newton. Para hacer esto con total exactitud en un sistema de N partículas habría que calcular del orden de N^2 interacciones. En la gran mayoría de los casos, esto excede la capacidad de cálculo de los mejores ordenadores actuales. Sin embargo, gracias al carácter colectivo de los plasmas, reflejado en la condición de plasma, es posible una simplificación que hace mucho más manejable el cálculo. Esta simplificación es la que adoptan los llamados modelos numéricos Particle-In-Cell (PIC; Partícula-En-Celda): el espacio del sistema se divide en un número no muy grande de pequeñas celdas. En cada instante de la evolución se cuenta el número de partículas y la velocidad media en cada celda, con lo que se obtienen densidades de carga y de corriente que, insertadas en las ecuaciones de Maxwell permiten calcular los campos electromagnéticos. Tras ello, se calcula la fuerza ejercida por estos campos sobre cada partícula y se actualiza su posición, repitiendo este proceso tantas veces como sea oportuno. Los modelos PIC gozan de gran popularidad en el estudio de plasmas a altas temperaturas, en los que la velocidad térmica es comparable al resto de velocidades características del sistema.

Modelos cinéticos continuos

Cuando la densidad de partículas del plasma es suficientemente grande es conveniente reducir la distribución de las mismas a una función de distribución promediada. Ésta representa la densidad de partículas contenida en una región infinitesimal del espacio de fases, es decir el espacio cuyas coordenadas son posiciones y cantidades de movimiento. La ecuación que gobierna la evolución temporal de las funciones de distribución es la ecuación de Boltzmann. En el caso particular en el que las colisiones son despreciables la ecuación de Boltzmann se reduce a la ecuación de Vlasov. Los modelos cinéticos suelen emplearse cuando la densidad numérica de partículas es tan grande que un modelado discreto resulta inabordable. Por otra parte, los modelos cinéticos constituyen la base de los estudios analíticos sobre plasmas calientes.

Modelos de fluidos o hidrodinámicos

Para plasmas a bajas temperaturas, en los que estudiamos procesos cuyas velocidades características son mucho mayores que la velocidad térmica del plasma, podemos simplificar el modelo y asumir que todas las partículas de una especie en un punto dado tienen igual velocidad o que están suficientemente cerca del equilibrio como para suponer que sus velocidades siguen la distribución de Maxwell-Boltzmann con una velocidad media dependiente de la posición. Entonces podemos derivar unas ecuaciones de fluidos para cada especie que, en su forma más general, son llamadas ecuaciones de Navier-Stokes. Lamentablemente en muchos casos estas ecuaciones son excesivamente complejas e inmanejables; hay que recurrir entonces a simplificaciones adicionales.

Ejemplos de plasmas

Los plasmas forman el estado de agregación, más abundante de la naturaleza. De hecho, la mayor parte de la materia en el Universo visible se encuentra en estado de plasma. Algunos ejemplos de plasmas son:
- Producidos artificialmente:
  - En el interior de los tubos fluorescentes (iluminación de bajo consumo).
  - Materia expulsada para la propulsión de cohetes.
  - La región que rodea al escudo térmico de una nave espacial durante su entrada en la atmósfera.
  - El interior de los reactores de fusión.
  - Las descargas eléctricas de uso industrial.
  - Las bolas de plasma.
- Plasmas terrestres:
  - El fuego.
  - Los rayos durante una tormenta.
  - La ionosfera.
  - La aurora boreal.
- Plasmas espaciales y astrofísicos:
  - Las estrellas (por ejemplo, el Sol).
  - Los vientos solares.
  - El medio interplanetario (la materia entre los planetas del sistema solar), el medio interestelar (la materia entre las estrellas) y el medio intergaláctico (la materia entre las galaxias).
  - Los discos de acrecimiento.
  - Las nebulosas intergalácticas.

Véase también


- Estado de agregación de la materia Categoría:Estados de la materia ja:プラズマ ko:플라즈마

Agua

Este artículo trata sobre el agua de la forma en que la tratamos en nuestra vida diaria. El artículo Agua (molécula) describe al agua desde una perspectiva científica y técnica. El "agua" es una abundante sustancia de la Tierra. Existe en varias formas y lugares: principalmente en los océanos y las capas polares de nuestro planeta, pero también en las nubes, lluvia, ríos y banquisas. En el planeta, el agua se mueve constantemente en su ciclo constituido por la evaporación, precipitación y escorrentía. Todas las formas de vida conocidas necesitan agua para vivir. Los humanos consumen agua potable —agua con cualidades compatibles con nuestro cuerpo—. Este recurso natural se ha vuelto escaso con la creciente población mundial y su disponibilidad en varias regiones habitadas es preocupación de muchas organizaciones gubernamentales.

Propiedades particulares

Apariencia cambiante

humano] El agua toma diferentes formas en la Tierra: vapor y nubes en el cielo, olas y témpanos de hielo flotante en el mar, glaciares en las montañas, acuíferos en el suelo, por nombrar algunos. A través de la evaporación, precipitación y escorrentía el agua se encuentra en contínuo movimiento, fluyendo de una forma a otra en lo que es llamado el ciclo del agua. Debido a la gran importancia de la precipitación para la agricultura y la humanidad en general, recibe diferentes nombres en sus diferentes formas: mientras que la lluvia es común en la mayoría de los países del mundo, otros fenómenos resultan sorprendentes al verlos por primera vez: granizo, nieve, neblina o rocío por ejemplo. Cuando se iluminan, las gotas de agua en el aire pueden refractar los colores del arco iris. De manera similar, la escorrentía ha jugado un papel importante en nuestra historia: los ríos y la irrigación acarrea el agua necesaria para la agricultura. Los ríos y los mares ofrecen oportunidades para el viaje y el comercio. Por la erosión, la escorrentía tuvo un rol importante en el moldeo de nuestro entorno, abasteciéndonos de valles de ríos que proveen de tierra rica y suelo nivelado para el establecimiento de lugares poblados. El agua también se infiltra en el suelo hasta los acuíferos. Este agua subterránea después fluye hacia la superficie en bocas de agua y pozos naturales, o más espectacularmente en géiseres. Este agua también se extrae artificialmente con norias y manantiales. Porque el agua puede contener muchas sustancias diferentes, puede saber u oler diferentemente. De hecho, hemos desarrollado nuestros sentidos para poder evaluar la potabilidad del agua: evitamos los salinos mares y los pútridos pantanos, y nos gusta el agua fresca y pura de los manantiales de las montañas.

Propiedades importantes para los organismos vivientes

géiser :Véase Agua (molécula) para una discusión más detallada sobre las propiedades del agua El agua tiene propiedades inusuales críticas para la vida: es un buen solvente y tiene alta tensión superficial. El agua fresca tiene su mayor densidad a los 4°C: es menos densa al enfriarse o al calentarse. Como una estable molécula polar prevalente en la atmósfera, tiene un importante rol atmosférico como absorbente de radiación infrarroja, crucial en el efecto invernadero. El agua también tiene un calor específico inusualmente alto, importante en el regulamiento del clima global. El agua es un buen solvente y disuelve muchas sustancias, como las diferentes sales y azúcares, y facilita la interacción de químicos lo que ayuda a metabolismos complejos. Algunas sustancias, sin embargo, no se mezclan bien con el agua, incluyendo aceites y otras sustancias hidrofóbicas. Membranas celulares compuestas de lípidos y proteínas, toman ventaja de esta propiedad para cuidadosamente controlar las interacciones entre sus contenidos y químicos externos. Esto se facilita en parte por la tensión superficial del agua. Las gotas de agua son estables debido a su alta tensión superficial. Esto se puede ver cuando pequeñas cantidades de agua se ponen en superficies no solubles como el vidrio: el agua se queda junta en forma de gotas. Esta propiedad es importante en la transpiración de las plantas. Una propiedad del agua simple pero ambientalmente importante es que su común forma sólida, el hielo, flota en el líquido. Esta fase sólida es menos densa que el agua líquida debido a la geometría de los fuertes enlaces de hidrógeno formados solo a temperaturas bajas. Para casi todas las demás sustancias y para todas las otras 11 fases no comunes del hielo de agua excepto ice-XI, la forma sólida es más densa que la forma líquida. El agua fresca es más densa a 4°C, y se hunde por convección al enfriarse a esa temperatura o flota si se hace más frío. Este revés causa que el agua profunda permanezca más caliente que el ligero agua congelado, por lo que el hielo en un cuerpo de agua se formará primero en la superficie y cada vez más abajo, mientras que la mayoría del agua debajo del hielo permanecerá a 4°C. Esto efectivamente aísla el suelo de un lago del frío. La vida en la tierra ha evolucionado en base a las importantes características del agua. La existencia de esta abundante sustancia en sus formas líquida, gaseosa y sólida ha sido sin duda un importante factor en la abundante colonización de los diferentes ambientes de la Tierra por formas de vida adaptadas a estas variantes y a veces extremas condiciones.

Importancia de la posición astronómica de la Tierra

La coexistencia de las fases sólidas, líquidas y gaseosas del agua en la Tierra es tal vez vital para el origen y la evolución de la vida en la Tierra como la conocemos. Sin embargo, la posición de la Tierra en el sistema solar fuera marginalmente más cercana o lejana al Sol, la existencia de las condiciones que permiten a las formas del agua estar presentes simultáneamente serían menos probables. La masa de la Tierra permite a la gravedad el mantener la atmósfera. El vapor de agua y el dióxido de carbono en la atmósfera causan el efecto invernadero lo que ayuda a mantener la relativamente constante temperatura superficial. Si el planeta tuviera menos masa, una atmósfera más delgada causaría temperaturas extremas no permitiendo la acumulación de agua excepto en las capas polares (como en Marte). De acuerdo con el modelo nébula solar de la formación del sistema solar, la masa de la Tierra se debe en gran parte a su distancia del Sol. La distancia entre el Sol y la Tierra y la combinación de radiación solar recibida y el efecto invernadero en la atmósfera aseguran que su superficie no es demasiado fría o caliente para el agua líquida. Si la Tierra estuviera más retirada del Sol, el agua líquido se congelaría. Si la Tierra estuviera más cercana al Sol su temperatura superficial elevada limitaría la formación de las capas polares o forzaría al agua a existir solo como vapor. En el primer caso, la baja reflectibilidad de los océanos causaría la absorción de más energía solar. En el último caso, la Tierra sería inhabitable y tendría condiciones similares a las del planeta Venus. Las teorías Gaia proponen que la vida se mantiene adecuada a las condiciones por si misma al afectar el ambiente de la Tierra.

El agua en la vida diaria

Todas las formas de vida conocidas dependen del agua. El agua es parte vital de muchos procesos metabólicos en el cuerpo. Cantidades significantes de agua son usadas durante la digestión de la comida. Sin embargo, algunas bacterias y semillas de plantas pueden entrar a un estado criptobiotico por un período de tiempo indefinido cuando se deshidratan, y vuelven a la vida cuando se devuelven a un ambiente húmedo. Cerca del 72% de la masa libre de grasa del cuerpo humano está hecho de agua. Para su adecuado funcionamiento nuestro cuerpo requiere entre uno y siete litros de agua diarios para evitar la deshidratación, la cantidad precisa depende del nivel de actividad, temperatura, humedad y otros factores. El cuerpo pierde agua por medio de la orina y heces, la transpiración y la exhalación del vapor de agua en nuestro aliento. Los humanos requieren agua baja en sales y otras impurezas. Algunas impurezas incluyen químicos o bacterias dañinas. Algunos solutos son aceptables y hasta deseables para un sabor agregado. El agua adecuada para tomar se llama agua potable. Debido al crecimiento de la población humana y otros factores, la disponibilidad del agua potable por persona está disminuyendo. Este problema podría resolverse produciendo más agua, distribuyéndola mejor o desperdiciándola menos.

Un recurso escaso

El agua es un recurso estratégico para muchos países. Se han peleado muchas guerras, como la Guerra de los seis días en el Medio Oriente, para poder obtener un mejor acceso al agua. Se prevé más problemas de este tipo en el futuro por la creciente población humana, contaminación y calentamiento global. El World Water Development Report (Reporte mundial del desarrollo del agua) de la UNESCO (2003) de su World Water Assessment Program (Programa mundial para el asesoramiento del agua) indica que en los próximos 20 años, la cantidad de agua disponible para todos decrecerá en un 30%. El 40% de los habitantes del mundo actualmente no tienen la cantidad mínima necesaria para el mínimo aseo. Mas de 2.2 millones de personas murieron en el año 2000 por enfermedades relacionadas con el consumo de agua contaminada o por ahogamiento. En el 2004 el programa de caridad enfocado al agua WaterAid del Reino Unido reportó que un niño muere cada 15 segundos debido a las enfermedades relacionadas con el agua que podrían fácilmente evitarse.

Posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua

Tres posibles soluciones para mejorar la disponibilidad del agua son: producirla más, distribuirla mejor y desperdiciarla menos. El agua potable se colecta de diferentes fuentes: pozos naturales y artificiales o norias. Si se hacen más pozos en lugares adecuados se podría producir más agua. Otras fuentes de agua son la lluvia y los mares. Esta agua, sin embargo, no es potable y requiere ser purificada. Algunos métodos populares para la purificación son la filtrarla, hervirla y destilarla. Otras técnicas más avanzadas existen, como la osmosis inversa. La distribución del agua se lleva a cabo por medio de los sistemas de agua municipales o como agua embotellada. Algunos países tienen programas para distribuir el agua a los más necesitados libre de cargos. Cabe también resaltar la preocupación cada vez mayor por sustentar mecanismos de medición del agua que se consume en los países en desarrollo con el fin de tener un mayor control sobre su consumo y sobre el transporte del líquido elemento hacia los consumidores. Reducir el desperdicio del agua es otra opción. En algunas ciudades, como en Hong Kong, el agua de mar se usa extensivamente para limpiar los baños para conservar el agua potable.

El agua en la cultura humana

El agua es considerado purificador en muchas religiones, incluyendo el Cristianismo, el Islam y el Judaísmo. Por ejemplo, el bautizo en las iglesias cristianas se lleva a cabo con agua. También un baño ritual con agua pura se celebra para los muertos en muchas religiones incluyendo el Judaísmo y el Islam. Y en el Islam, el Salah diario solo se puede hacer después de la Ablución que consiste en lavarse partes del cuerpo con agua limpia. En el Shinto, el agua se usa en casi todos los rituales para purificar a una persona o lugar. Al agua se le da poderes espirituales en muchas ocasiones. En la mitología celta, Sulis es la diosa local de las aguas termales; en la cultura hindú, la Ganga es personificada como una diosa. Alternativamente, los dioses pueden ser patrones de algunas aguas, ríos o lagos: en la mitología griega y romana, Peneus era un dios de un río. Empédocles, un filósofo griego sostenía que el agua era uno de los cuatro elementos clásicos junto con el fuego, la tierra y el aire, y era la materia primordial del universo, o ylem. En la teoría de los cuatro húmeros corporales, el agua se asocia con el phlegm. El agua también era uno de los Cinco elementos en el Taoísmo chino, junto con la tierra, el fuego, la madera y el metal,

Véase también


- Desalación
- Sequía
- Agua (molécula)
- Lluvia
- Precipitación
- Riego
- Hidrología

Enlaces externos


- [http://www.unesco.org/water/wwap/index_es.shtml Programa Mundial de Evaluación de los Recursos Hídricos]
- [http://www.gemswater.org/index-es.html Programa GEMS/Agua de la ONU]
- [http://www.greenfacts.org/es/desinfectantes-agua/index.htm Consenso científico sobre los desinfectantes del agua] categoría:agua categoría:Bebidas categoría:Explotación de los recursos naturales als:Wasser ja:水 ko:물 ms:Air simple:Water th:น้ำ zh-min-nan:Chúi

Protón

En física, el protón (griego proton = primero) es una partícula subatómica con una carga eléctrica de una unidad fundamental positiva (1,602 x 10-19 culombios) y una masa de 938,3 MeV/c² (1,6726 x 10-27 kg), o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. Experimentalmente se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más simple posible) es un único protón. Los núcleos de otros átomos están compuestos de nucleones unidos por la fuerza nuclear fuerte. El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es. Los protones están clasificados como bariones y se componen de dos quarks arriba y un quark abajo, los cuales también están unidos por la fuerza nuclear fuerte, mediados por gluones. El equivalente en antimateria del protón es el antiprotón, el cual tiene la misma magnitud de carga que el protón pero de signo contrario. Debido a que la fuerza electromagnética es muchos órdenes de magnitud más fuerte que la fuerza gravitatoria, la carga del protón debe ser opuesta e igual (en valor absoluto) a la carga del electrón; en caso contrario, la repulsión neta de tener un exceso de carga positiva o negativa causaría un efecto expansivo sensible en el universo, y, asimismo, en cualquier cúmulo de materia (planetas, estrellas, etc.) En química y bioquímica, el término protón puede referirse al ion de hidrógeno, H+. En este contexto, un emisor de protones es un ácido, y un receptor de protones una base.

Historia

El protón fue descubierto en 1918 por Ernest Rutherford. Éste descubrió que si bombardeaba gas nitrógeno con partículas alfa, sus detectores de centelleo mostraban datos de núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el único lugar del cual este hidrógeno pudo haber venido era del nitrógeno, y, consecuentemente, el nitrógeno debe contener núcleos de hidrógeno. Asimismo, él sugerió que el núcleo de hidrógeno, del cual se sabía que debía tener 1 como número atómico, era una partícula elemental. Lo llamó protón.

Aplicaciones tecnológicas

Los protones pueden existir en estados spin. Esta propiedad se aprovecha en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear. En espectroscopía RMN, a una sustancia se le aplica un campo magnético para detectar la corteza alrededor de los protones en los núcleos de esta sustancia, que proporcionan las nubes de electrones colindantes. Se puede usar posteriormente esta información para reconstruir la estructura molecular de una molécula bajo estudio.

Antiprotón

El antiprotón es la antipartícula del protón. Fue descubierto en el año 1955 por Emilio Segre y Owen Chamberlain, por lo cual les fue concedido el Premio Nobel de Física en 1959.

Artículos relacionados


- Física de partículas -------- Protón es también un lanzador (cohete) ruso, fue el encargado de poner en órbita el primer módulo de la Estación Espacial Internacional (ISS) Categoría:Física nuclear y de partículas ja:陽子 ko:양성자 ms:Proton th:โปรตอน

Isótopo

Se denominan isótopos a los núcleos atómicos con el mismo número de protones pero con distinto número de neutrones. Dos isótopos por tanto corresponden al mismo elemento químico, pero tienen un peso atómico distinto. El nombre viene del griego isos, mismo, y topos, lugar, debido a que ocupan el mismo lugar en la Tabla periódica de los elementos. Los isótopos están compuestos por átomos de un elemento químico cuyos núcleos tienen el mismo número atómico, Z, pero distinto número másico, A. En la nomenclatura científica, los isótopos se denotan por el nombre del correspondiente elemento, seguido por el número másico, separados habitualmente por un guión, aunque algunos de ellos poseen nombres especiales. Así: hidrógeno-3 o tritio, carbono-12, carbono-14, uranio-238, etc. En forma simbólica, el número de nucleones se añade como superíndice a la izquierda del símbolo químico: 3H, 12C, 14C, 238U. En el lenguaje común es habitual utilizar la palabra isótopo para referirse a cada especie caracterizada por un determinado conjunto del valor Z y A. Estrictamente, tal especie debería ser denominada núclido, y reservarse la palabra isótopo para los núclidos que pertenecen a un mismo elemento. Así, los núclidos carbono-12 y carbono-14 son isótopos del elemento carbono. Si la relación entre el número de protones y de neutrones no es el apropiado para obtener la estabilidad nuclear, el isótopo es radiactivo.

Véase también


- Isótopo radiactivo
- Núclido Categoría:Química Categoría: Física nuclear y de partículas ja:同位体 ko:동위원소 simple:Isotope th:ไอโซโทป

Deuterio

El deuterio (símbolo ²H) es un isótopo estable del hidrógeno que se encuentra en la naturaleza con una abundancia de uno por cada 6500 átomos de hidrógeno. El núcleo del deuterio está formado por un protón y un neutrón. Cuando el isótopo pierde su electrón el ión resultante recibe el nombre de deuterón. El deuterio también recibe el nombre de hidrógeno pesado. Aunque no es un elemento en el sentido estricto (es hidrógeno) se suele nombrar con la letra D. La diferenciación entre las propiedades de los isótopos es tanto más acusada cuanto más ligero sea el elemento químico al que pertenecen. En el caso del deuterio las diferencias son máximas ya que tiene el doble de masa atómica que el hidrógeno. El deuterio fue detectado por Harold Clayton Urey, un químico de la Universidad de Columbia. Urey ganó, en 1934, el Premio Nobel de química por este trabajo. El deuterio se utiliza frecuentemente en los procesos de fusión nuclear junto con el tritio debido a la gran sección eficaz de la reacción. El deuterio combinado con el oxígeno forma agua pesada.
- Isótopo
- Hidrógeno
- Tritio
- Fusión nuclear
- Agua pesada categoría:Física nuclear y de partículas ja:重水素 ko:중수소 ms:Deuterium th:ดิวเทอเรียม

Neutrón

Un neutrón es un barión neutro formado por dos quarks down y un quark up. Forma, junto con los protones los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón. Algunas de sus propiedades:
- Masa: mn = 1.672x10 a la -24 gr
- Vida media: tn = 886.7 ± 1.9 s
- Momento magnético: mn = -1.9130427 ± 0.0000005 mN
- Carga eléctrica: qn = (-0.4 ± 1.1) x 10-21 e El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con neutrones y protones, pero no se repele con ninguno, como sí lo hacen los protones, que se atraen nuclearmente pero se repelen electrostáticamente.

Véase también


- Isótopo
- Interacción nuclear fuerte
- Interacción nuclear débil
- Emisión beta
- Dispersión inelástica de neutrones
- Física de partículas Categoría:Física nuclear y de partículas ja:中性子 ko:중성자 th:นิวตรอน

Laboratorio

Un laboratorio es un lugar equipado con diversos instrumentos de medida o equipos donde se realizan experimentos o investigaciones diversas, según la rama de la ciencia a la que se dedique. Su importancia, sea en investigaciones o a escala industrial y en cualquiera de sus especialidades (química, dimensional, electricidad, biología, etc.) radica en el hecho de que las condiciones ambientales están controladas y normalizadas, de modo que: #Se puede asegurar que no se producen influencias extrañas (a las conocidas o previstas) que alteren el resultado del experimento o medición: Control. #Se garantiza que el experimento o medición es repetible, es decir, cualquier otro laboratorio podría repetir el proceso y obtener el mismo resultado: Normalización.

Condiciones de laboratorio normalizadas

Temperatura

La temperatura ambiente normal es de 20 ºC, variando las tolerancias en función del tipo de medición o experimento a realizar. Además, las variaciones de la temperatura (dentro del intervalo de tolerancia) han de ser suaves, por ejemplo en laboratorios de metrología dimensional, se limita a 2 ºC/h (siendo el intervalo de tolerancia de 4 ºC).

Humedad

Usualmente conviene la humedad sea la menor posible porque acelera la oxidación de los instrumentos (comúnmente de acero); sin embargo, para lograr la habitabilidad del laboratorio no puede ser menor del 50%.

Presión atmosférica

La presión atmosférica normalizada suele ser, en laboratorios industriales, ligeramente superior a la externa (25 Pa) para evitar la entrada de aire sucio de las zonas de producción al abrir las puertas de acceso. En el caso de laboratorios con riesgo biológico (manipulación de agentes infecciosos) la situación es la contraria, ya que debe evitarse la salida de aire del laboratorio que puede estar contaminado, por lo que la presión será ligeramente inferior a la externa.

Alimentación eléctrica

Las variaciones de la tensión de la red deben limitarse cuando se realizan medidas eléctricas que pueden verse alteradas por la variación de la tensión de entrada en los aparatos.

Polvo

Se controla, por ejemplo, en laboratorios de interferometría ya que la presencia de polvo modifica el comportamiento de la luz al atravesar el aire.

Vibración y Ruido

Al margen de la incomodidad que supone su presencia para investigadores y técnicos de laboratorio, pueden falsear mediciones realizadas por procedimientos mecánicos. Es el caso, por ejemplo, de las Máquinas de medir por coordenadas.

Tipos de Laboratorios

Laboratorio de metrología

Los laboratorios de metrología se clasifican jerárquicamente de acuerdo a la calidad de sus patrones. Aunque las estructuras pueden variar en cada país, por regla general existen tres niveles: #Laboratorio nacional: Es el que posee el patrón nacional primario y los nacionales de transferencia (los empleados realmente para evitar el desgaste del primario). #Laboratorio intermedio: Típicamente son laboratorios de Universidades, Centros de Investigación y similares. #Laboratorio industrial: En las propias instalaciones de la empresa, para la realización del control de calidad o el ensayo de prototipos. Las condiciones serán tanto más estrictas cuanto más alto el nivel del laboratorio. En cualquiera de los niveles, los laboratorios se pueden clasificar en función de la naturaleza de las mediciones realizadas: metrología dimensional, metrología eléctrica, ensayo de materiales, etc.

Laboratorio químico

Laboratorio biológico

Evolución histórica del laboratorio

La historia del laboratorio está influida por la historia de la medicina ya que el hombre, al profundizar acerca de como es su organismo, ha requerido de laboratorios más sofisticados.

Técnicas analíticas


- Gravimetría
- Volumetría
- Conductimetría
- Espectrofotometría
- Fotometría de llama
- Absorción atómica
- Espectrometría de masas
- Cromatografía
  - Iónica
  - De gases

Referencias


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Ácido

Se denomina ácido a una sustancia que puede ceder protones (iones H+). Un ejemplo es el ácido clorhídrico, de fórmula HCl: :HCl → H+ + Cl- (en disolución acuosa) o lo que es lo mismo: :HCl + H2O → H3O+ + Cl- El concepto de ácido es el contrapuesto al de base. Para medir la acidez de un medio se utiliza el concepto de pH.

Distintas definiciones de "ácido"

La anterior definición (de ácido) corresponde a la formulada por Brönsted y Lowry en 1923 y generaliza la anterior teoría de ácidos y bases, de Arrhenius, de 1887. En la definición de Arrhenius un ácido es una sustancia que al disociarse produce iones hidrógeno en disolución acuosa. La teoría de Brönsted y Lowry de ácidos y bases también sirve para disoluciones no acuosas; las dos teorías son muy parecidas en la definición de ácido, pero esta última es mucho más general sobre las bases. En 1923 Lewis amplió aún más la definición de ácidos y bases, aunque su teoría no tendría repercusión hasta años más tarde. Según la teoría de Lewis, un ácido es aquella sustancia que puede aceptar un par de electrones. De esta forma se incluyen sustancias que se comportan como ácidos pero no cumplen la definición de Brönsted y Lowry, y suelen ser denominadas ácidos de Lewis. Puesto que el protón, según esta definición, es un ácido de Lewis (tiene vacío el orbital 1s, en donde alojar el par de electrones), todos los ácidos de Brönsted-Lowry son ácidos de Lewis.
- Ejemplos de ácidos de Brönsted y Lowry: HCl, HNO3, H3PO4.
- Ejemplos de ácidos de Lewis: Ag+, AlCl3, CO2, SO3.

Fuerza de ácidos y bases


- Un ácido fuerte es aquel que se disocia completamente en el agua, es decir, aporta iones H+ pero no los recoge. El ejemplo anterior (ácido clorhídrico) es un ácido fuerte. Otros son el ácido sulfúrico o el ácido nítrico, para estos acidos el pH de una disolución con 0,1 mol de ácido por litro (0,05 mol/L en el caso del ácido sulfúrico que libera 2 protones)será de un cifra en torno a 1.
- Un ácido débil aporta iones H+ al medio, pero también es capaz de aceptarlos, formando un equilibrio ácido-base. La mayoría de los ácidos orgánicos son de este tipo, y también algunas sales, como el fosfato de amonio ((NH4)H2PO4). :HAc <=> H+ + Ac- (en disolución acuosa) En este caso (HAc equivale a ácido acético) la doble flecha indica el equilibrio. En relacion al pH para estos ácidos se generan valores entre 4 y 7 para disoluciones con las mismas concentraciones que en el caso anterior.

Algunos ácidos


- Ácido acético
- Ácido bórico
- Ácido clorhídrico
- Ácido graso
- Ácido nítrico
- Ácido ribonucleico
- Ácido sulfúrico
- Ácido tartárico
- Aminoácido
- EDTA

Véase también


- Ácido hidrácido
- Ácido oxácido
- Anfótero
- Constante de acidez
- Éster
- Lluvia ácida
- Oxígeno ja:酸と塩基 ko:산 (화학) simple:Acid th:กรด

Metal

:Esta página se refiere al material. Para otras acepciones, vea Metal (desambiguación), Heavy Metal. Un metal es un material distinguido por su habilidad para conducir calor y electricidad. Están agrupados en la tabla periódica de los elementos. Tienen de 1 a 3 electrones de valencia, siendo sus átomos poco electronegativos y teniendo una baja energía de ionización. Los metales tienen ciertas propiedades físicas características: pueden ser brillantes, tener alta densidad, ser dúctiles y maleables, tener un punto de fusión alto, ser duros, y ser buenos conductores del calor y electricidad. Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de mar que los baña a todos (ver semiconductor), que se conoce como Enlace metálico. Los metales pueden formar aleaciones entre sí y se clasifican en:
- Ultraligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 2. Los más comunes de este tipo son el magnesio y el berilio.
- Ligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 4,5. Los más comunes de este tipo son el aluminio y el titanio.
- Pesados: Densidad en g/cm³ superior a 4,5. Son la mayoría de los metales.

Véase también


- Tabla periódica
- Metalurgia
- Siderurgia
- Prueba de tensión categoría:Metales categoría:Metalurgia ja:金属 ko:금속 simple:Metal th:โลหะ

Electrólisis

La electrólisis o electrolisis es un método de separación de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad: se produce en primer lugar la descomposición en iones, seguido de diversos efectos o reacciones secundarios según los casos concretos. Electrólisis procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que quiere decir rotura. electricidadEl proceso electrolítico consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia estén presentes en la disolución. Posteriormente se aplica una corriente eléctrica a un par de electrodos conductores colocados en la disolución. El electrodo cargado negativamente se conoce como cátodo, y el cargado positivamente como ánodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el ánodo. La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos, proviene de una fuente de poder eléctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos. En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos deseados. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, se forma hidrógeno en el cátodo, y oxígeno en el ánodo. Esto fue descubierto en 1820 por el físico y químico inglés Michael Faraday. La electrólisis no depende del calor, aunque éste puede ser producido en un proceso electrolítico. Por lo tanto, la electrólisis no está sujeta a los límites termodinámicos de eficiencia, por lo que en un proceso electrolítico, ésta puede ser cercana al 100%. category:Electricidad ja:電気分解 ko:전기분해

Amoniaco

El amoníaco o amoniaco es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3. La molécula no es plana, sino que tiene la forma de un tetraedro con un vértice vacante. Esto se debe a la formación de orbitales híbridos sp³. En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ión amonio, NH4+, con un átomo de hidrógeno en cada vértice del tetraedro: Imagen:Amonio.png El amoníaco es un gas incoloro de olor muy penetrante. Ocurre nat