Química

Breve introducción:

Como seria vivir sin química:

Gracias a FEDERCHIMICA, Federacion Nacional de la Industria Quimica italiana.  

A lo que percibimos que nos rodea le llamamos naturaleza, que esta hecha de energía.

 Todo lo que te rodea es energía y la visible por lo general esta en forma de materia y tiene masa, que se hace visible gracias a la otra, la invisible y sin masa.

 El estudio de la energía y materia, gracias a Einstein ya estamos seguros que son distintas formas de lo mismo, se lo realiza mediante la física y la química.

 La química se encarga del estudio de la estructura y composición de la materia. Y de cómo junto con energía interactúa(reacciona) con más materia creando nuevas formas de materia llamadas sustancias.

  La unidad básica de materia que se conoce son los fermiones ( Enrico Fermi) que a su vez se clasifican en quarks y leptones.

Los quarks se unen formando protones y neutrones además de bariones y mesones, los leptones sin unirse  forman electrones, muones, tau y neutrinos. 

 De todos los señore ones mencionados arriba los más conocidos son los protones, neutrones y electrones que tienen dos propiedades importantes: carga eléctrica y son estables. Además son los que más aportan con la masa total del átomo. 

Los otros existen en tiempos tan cortos que para detectarlos hay que construir aceleradores de partículas y detectores, que basan su funcionamiento en lo que ya sabíamos de protones, neutrones y electrones.

 Todos estos juntos a su vez forman átomos, un átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico, y cuando decimos elemento químico nos referimos  a un tipo de materia que tiene propiedades únicas que se mantienen hasta llegar a tener un solo átomo de ese elemento. 

Átomo a la antigua

Átomo más moderno

 Un átomo tiene un núcleo donde están los neutrones y protones, y varias capas donde se pueden ubicar los electrones, que son unos caprichosos puesto que solo pasan como estacionados en una capa(orbital) y van a otra dando un salto sin pasar por la frontera, pero si no los ves resulta que están estacionados pero moviéndose  algo así como las manecillas de un reloj que no para de moverse pero no van a ningún lado.  Si tu miras el reloj sabrás la hora que marca ese instante, no ves los inter-segundos o inter-minutos, como si dejarás a las manecillas quietas totalmente. Si no lo miras las manecillas siguen moviéndose pero el reloj no.  

Una capa especial es la más exterior o llamada de valencia, es la que define muchas propiedades sobre el elemento del cuál es el átomo.

 Existe una tabla que ayuda a reconocer fácilmente cuantos electrones, protones y neutrones tiene un átomo de un elemento, además de su masa,  la valencia, como están distribuidos los electrones en las capas, su familiaridad con otros elementos y nombre internacional (algunos más famosos que otros, pídele un autógrafo si le encuentras al compadre Tulio).

Para mas detalle visita:

http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos (Artículo de la Wikipedia)

http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_peri%C3%B3dica (Tabla periódica elementos conocidos)

http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos_ampliada (Tabla periódica ampliada)

 En realidad el núcleo también está formado por capas pero son tan pequeñas y suceden tantas cosas allí dentro que se ha dedicado toda una rama de la física para tratar de comprenderlo, la física nuclear.

 Del estudio de las capas de los electrones y de como se unen átomos gracias a la interacción en esas capas se encarga la química molecular.

A aquellas interacciones llamamos enlaces moleculares ya que la unión de átomos forman moléculas. Las moléculas se pueden clasificar de acuerdo al numero de átomos que las componen y de acuerdo a los tipos de elementos que las componen:

Orgánicas: Tienen al Carbono y al Hidrógeno como parte de sus átomos. 

Inorgánicas: No tienen enlaces Carbono-Hidrógeno

Moléculas discretas: Formadas por pocos átomos, expresadas mediante formulas como H2O(Agua), NaCl(Cloruro de Sodio, sal de mesa)

Macro-moléculas o polímeros: Formadas por una gran cantidad de átomos, generalmente la unión la varias moléculas discretas . (Ejem: El ADN, los plásticos, etc) . Se representa mediante una fórmula estructural o esqueletal.

ADN

Adenosín Trifosfato (ATP)

Tropocolágeno

 La forma más común de formar nuevas moléculas son las disoluciones, también usadas para separar moléculas.
 Tampoco es que se pueda mezclar de todo ni en cualquier cantidad, la química justamente ha desarrollado reglas como las de la estequiometría (palabritas raras a montones que nos encontramos en la química  después que la conoces y entras en confianza se te hacen familiares), con la cual las reacciones químicas llegan a igualdades pues no puedes crear más materia ni eliminarla (Conservación de la materia y energía) y una igualdad es una ecuación, he ahí el porque de las ecuaciones químicas (Por fin ya era hora!). Y reglas de las capas de valencia como la de los octetos (ocho electrones como máximo en la capa común de dos átomos).

 En química se usan mucho los subíndices para dar a cantidad de un átomo de un solo tipo de elemento dentro de la molécula y los números grandes que están multiplicando para indicar la cantidad  moléculas de un tipo. 
 El igual es reemplazado por una flecha, ya que si bien a la naturaleza le gusta la simetría, por necesitar energía exterior, o expulsar un poco de energía para llevar a cabo la reacción no es fácil  realizar la operación inversa (segunda ley de la termodinámica), la reacción sucede en el sentido indicado.

Ejm:




La parte a la izquierda de la flecha son los reactivos.
1 molécula de Metano + 2 moléculas de Bi-Oxigeno; 1 átomo de Carbono, 4 de Hidrógeno, 4 de Oxígeno.

La parte derecha son los productos.
1 molécula de Dióxido de carbono + 2 moléculas de Agua; 1 átomo de Carbono, 4 de Hidrógeno, a de Oxígeno


 En fin sin el estudio de química no existirían medicinas, materiales mejorados, y ha ayudado al hombre a comprender y manejar la materia para suplir sus necesidades. Además gracias a su estudio sabemos que nosotros y nuestro planeta están formado por los mismos materiales que esta formado el resto de universo, pero todavía falta mucho por descubrir, como si existen más elementos formados no por la energía como la conocemos sino por la llamada energía oscura y materia oscura, etc.

Matemática

Una breve guía:

No gusta a muchos, a otros les parece aburrida así que primero un vídeo divertido de los WIKIPEDIA.

Con ustedes Cumbia Matemática:  

Definimos en la entrada sobre ciencia que la matemática es una ciencia formal y base del resto de ciencias (naturales y sociales).

La matemática se basa en axiomas, verdades evidentes que no necesitan comprobación o que han sido históricamente aceptadas y convenidas 

(Ejemplo: El cero se representa como 0 y significa ausencia o carencia, ninguno, punto central, nulidad, el contrario al etc.). 

Sobre los axiomas mediante racionamiento lógico se realizan relaciones con objetos abstractos.

 (Ejm: El típico problema: 

Tenía dos naranjas y me regalan una naranja más ¿Cuántas naranjas tengo ahora?. Se expresa matemáticamente como 2+1=3, dándonos una respuesta: 3 naranjas, cuando escribía esto me las comí así que ahorita mismo mientra tu lees esto tengo 0, pero podemos reemplazar las naranjas por manzanas, por bicicletas, por gotas de lluvia, etc y obtenemos la misma expresión.

 La expresión 2+1=3 es abstracta no depende de que representa pero siempre es verdadera.)

La matemática permite trabajar con cantidades enteras(completas), para esto se realizan operaciones, siendo la principal y base de todas el conteo, añadir una unidad. Así se llegan a presentar cualquier número entero como la suma de unos:

1

2=1+1

3=1+1+1

.

.

.

100=1+99(1) Aquí se ve que la multiplicación o producto facilita la forma de expresar una operación de sumas.

Estos números son los que se usan más a menudo y se incluyen las operaciones de resta (y nos damos cuenta que podemos trabajar de manera inversa al conteo, quitando unidades), y la división. 

Observamos también que la matemática se fue desarrollando para comprender a la naturaleza ya a ella le gustan los procesos simétricos e inversos. (Le gusta darse la vuelta, más claro)

  

Al realizar divisiones los números, o lo que representamos con ellos dejan de ser enteros o completos (Ejemplo: Dividir un pan para dos personas: 1/2, pero yo quiero la mitad más grande ¡ya dije! ) y aparecen las fracciones (números racionales). 

Si queremos simplificar más las expresiones (¡Simplificar!, :-( no querías decir complicar), usamos lo que llamamos potencias, multiplicar una cantidad por la misma cantidad otra cantidad de veces.

=2x2x2x2= 2 a la cuarta= 16, el dos multiplicado por si mismo 4 veces.

Como a la naturaleza le gustan los inversos, se emplean las raíces como proceso inverso de las potencias.

=Raíz cuarta de 2=1.189207115

Estos números no son enteros ni se pueden escribir como fracciones, más que incomprendidos son irracionales. Para trabajar con potencias y raíces se usan también las operaciones de logaritmo, algo asi como decir que un numero cuantas veces es la potencia de otro. (Ejem: Logaritmo base 2 de 16 = 4)

Bueno, haciendo un resumen tenemos a los números y estos pueden representar cantidades completas, negativas, fraccionarias, irracionales, a todos estos se les dice reales, aunque debe quedar claro: real lo que representan no ellos mismos. 
Pero faltan los complejos que son la suma de un real más un imaginario. Un numero complejo es útil para representar cantidades en dos dimensiones y al hablar de dimensiones hay que ver un poco de geometría.

.              punto adimensional(Sin dimensión, sin medida,solo indica posición)
_______ línea unidimensional(una dimensión, una medida (largo), unión infinitos punto)
A,   :-)     figuras bi-dimensionales (dos dimensiones, dos medidas (largo y ancho) unión de infinitas líneas) 
         tridimensionales (3 dimensiones, tres medidad(largo, ancho y profundidad), unión de todos los anteriores) 

Las figuras bi-dimensionales más usadas en matemática son el plano y las curvas, también se usan curvas  y regiones tridimensionales.

Lo más usado para a su vez utilizar como herramientas matemáticas las curvas es el plano cartesiano (René Descartes, te suena)
En el gráfico se ve como ya no aparecen números sin dos letras, que en matemática no tienen sonido sino que al igual que los números representan cantidades, llamadas variables, también hay en matemática las letras llamada constantes (Las primeras del abecedario o letras griegas como pi=π =3,14159...).
Se observa también,en la curva de azul aunque no es evidente, que y depende de x, pues a medida que uno se mueve horizontalmente  o en x la curva tiene distintos valores verticales o en y.

La relación de una variable en relación a otra u otras se llama función (Ejm: y = x + 3x^2 + 4/x,   z = x + 3y)
Existen funciones analógicas o continuas como la curva azul y funciones discretas o digitales como las rayitas de rojo, donde a cada x le corresponde un valor de y pero solo de ciertos puntos de x.

Hora de un receso

Continuando... Un día llegaron Newton y Leibniz vieron a curvas como las azules y pensaron que se debía de sacar más información útil de ellas después de todo representan fenómenos de la naturaleza

Movimiento del lanzamiento de un cuerpo, altura en relación a la distancia recorrida.

Y desarrollaron lo que llamamos como cálculo diferencial e integral.
 Obteniendo nuevas operaciones: (Leer los ejemplos importantísimo)
Límite: Tratar de conocer el valor de la curva en puntos donde se corta o tiene comportamiento extraño. (Ejem: El límite de estiramiento de un elástico, más allá de ese punto se rompe o queda inservible como elástico.)
Derivada: Como varia (cambia) la curva en un punto.(Ejem: A un auto cambias su velocidad cuando aceleras o frenas, la derivada de la curva de velocidad es la aceleración.)

Integral: La suma de los productos de una porción del eje horizontal por el valor de la función (Ejem: La velocidad del auto se define matemáticamente como velocidad=distancia/tiempo, despejando distancia=velocidad x tiempo, lo que es muy fácil si la velocidad no fuera diferente para cada tiempo, pero dado que en realidad hay distintas velocidades a través del tiempo se debe multiplicar cada velocidad con su intervalo de tiempo respectivo, la suma de todas esas multiplicaciones seria la distancia, la distancia es la integral de la velocidad.)

Como se ve en los ejemplos la derivada e integral además de proporcionar más datos sobre la curva se basan sobre proceso de límite, siendo la derivada los más cercano a la división por cero, y la integral lo más cercano a la multiplicación por infinito.