reacciones quimicas

calculos y rendimientos de las reacciones quimicas

http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/1-CDQuimica-TIC/Q1/ReaccionesQuimicas.htm

PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRIA DE QUIMICA INORGANICA

NUMEROS DE OXIDACION

Estados de oxidación de los elementos químicos.
2) Formulación y nomenclatura de óxidos: metálicos y no metálicos.
3) Formulación y nomenclatura de hidruros: metálicos y no metálicos.
4) Formulación y nomenclatura de hidróxidos.
5) Formulación y nomenclatura de ácidos oxácidos e hidrácidos.




Desarrollo
"Estados de oxidación de los elementos químicos"
*Propiedades: Estados de oxidación.
Los sistemas tienden a alcanzar el estado más estable posible minimizando su energía. De todos los elementos químicos conocidos, los gases nobles son los más estables y ello es debido a que tienen 8 electrones en la última capa (excepto el He que tiene 2).
Los elementos tienden a estabilizarse adquiriendo la configuración electrónica del gas noble más cercano (regla del octeto) y para ello ganan, pierden o comparten electrones.


*Veamos algunos casos:

- Los elementos del grupo 1 (configuración final ns1)tienen número de oxidación +1 porque tienden a perder el último electrón.
- Los metales alcalinotérreos (configuración final ns2) tienden aperder los dos electrones de valencia por lo que su número de oxidación es +2.
Símbolo
Estado de Oxidación

H
+1 -1

Li
+1

Be
+2

B
+3

C
+4 -4 +2

N
-3 +3 +5 +4 +2 +1

O
-2 +2 -1

F
-1

Na
+1

Mg
+2

Al
+3

Si
+4

P
-3 +3 +5

S
-2 +2 +4 +6

Cl
-1 +1 +3 +5 +7

K
+1

Ca
+2

Sc
+3


Símbolo
Estado de Oxidación

Ti
+4 +3

V
+5 +4 +3 +2

Cr
+6 +3 +2

Mn
+7 +6 +4 +2 +3

Fe
+2 +3

Co
+2 +3

Ni
+2 +3

Cu
+1 +2

Zn
+2

Ga
+3

Ge
+4

As
-3 +3 +5

Se
-2 +4 +6

Br
-1 +1 +5

Rb
+1

Sr
+2

Y
+3


Símbolo
Estado de Oxidación

Zr
+4

Nb
+5 +3

Mo
+6 +5 +4 +3 +2

Tc
+7

Ru
+2 +3 +4 +6

Rñ
+2 +3 +4

Pd
+2 +4

Ag
+1

Cd
+2

In
+3

Sn
+4 +2

Sb
-3 +3 +5

Te
-2 +4 +6

I
-1 +5 +7 +1

Cs
+1

Ba
+2

La
+3


Símbolo
Estado de

Oxidación

Hf
+4

Ta
+5

W
+6 +5 +4 +3

Re
+7 +6 +4 +2 -1

Os
+2 +3 +4 +6

Ir
+2 +3 +4 +6

Pt
+2 +4

Au
+1 +3

Hg
+1 +2

TI
+3 +1

Pb
+4 +2

Bi
+3 +5

Po
+2 +4

At
-1 +1 +3 +5

Fr
+1

Ra
+2

Ac
+3




Elementos
Estado de Oxidación al formar compuestos

(símbolo)
+2
+3
+4
+5
+6
+7

Sc

incoloro





Ti

violeta
incoloro




V
violeta
verde
azul




Cr
azul
verde


amarillo


Mn
rosa



verde
violeta

Fe
verde






Co
rosa
azul







También presentan fenómenos de ferromagnetismo, diamagnetismo y paramagnetismo.
*Ejemplos:

- Elementos ferromagnéticos: Fe, Co, Ni
(Fuertemente atraídos por un imán).

- Elementos Paramagnéticos: Sc, T, Cr
(Debidamente atraídos por un imán).

- Elementos diamagnéticos: Cu, Zn, Ag, Au
(No son atraídos por campos magnéticos).

Esto se debe a los diferentes momentos del saín de los electrones d dispares.
Una propiedad importante de estos elementos es la de ser caracterizadores, ya se como elementos o en sus compuestos.
Un catalizador acelera una reacción química sin que ésta sufra cambios.

*Ejemplos:

* En reacciones de alquinación se usa Fe Cl3.
* En reacciones de hidrogenación Pt, Pd, Ni, Rh.
* En halogenaciones orgánicas Fe.
* En la descomposición del clorato de potasio Mn O2.
* Producción de SO3 para el ácido sulfúrico V2 O5.

Los lantánidos y actínidos (llamados tierras raras) tienen propiedades semejantes; se emplean también como catalizadores, en el aspecto metálico sus compuestos son coloridos, como el sulfato de cerio que es amarillo.
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Formulación y nomenclatura de óxidos: metálicos y no metálicos

* Nomenclatura de los óxidos:

Se llama óxido Metálico a la combinación de un metal con el oxigeno. Si el metal posee un sólo tipo de valencia co­mo el Na, K, Li, Ca, Mg, Ba, Be, Al, etc.

Se nombran:

1) La palabra Oxido.

2) La preposición de.

3) El nombre del metal.

*Ejemplos:

Na2O Oxido de sodio

*Si el metal tiene dos tipos de valencia como él:


Cu (+1, +2) el Fe (+2, +3) ó el Hg (+1, +2).

Compuestos oxigenados u óxidos: Los óxidos están formados por oxígeno y otro elemento. Si el el elemento es un metal, se llaman óxidos metálicos, y óxidos no metálicos si el otro elemento es un no metal.

Oxidos metálicos, u óxidos básicos. (M + O2): Cuando el metal tiene más de una valencia, para denominar a estos óxidos, se agrega al nombre del metal la terminación "oso" o "ico" según sea la valencia menor o mayor.
Otra forma designar estos óxidos consiste en indicar la valencia mediante un número romano: estos son los nombres de Stock ( químico alemán de este siglo).

*Ejemplos:Fórmula Nombre tradicional Nombre de Stock.

SnO óxido estanoso óxido de estaño (II)

SnO2 óxido estánico óxido de estaño (IV)

FeO óxido ferroso óxido de fierro (II)

Oxidos no metálicos. (NM + O2): E estos óxidos se les denomina "anhídridos". En la nomenclatura tradicional se diferencian las valencias del no-metal mediante los sufijos "oso" e "ico" y los prefijos "hipo" y "per" según el siguiente esquema:

*Ejemplos:Fórmula Nomenclatura tradicional Nomenclatura de Stock.

P2O3 anhídrido fosforoso óxido fósforo (III)

P2O5 anhídrido fosfórico óxido de fósforo (V)

Cl2O anhídrido hipocloroso óxido de cloro (I)

· Óxidos Ácidos:

Provienen de la combinación entre el oxígeno y un no metal. Si el no metal con el que se combina tiene una sola valencia se nombran con las palabras “óxido de”, y el nombre del no metal con el que se combina acabado en ico.

*Ejemplo:

B2O3------------------------------------Óxido bórico.

Si el no metal con el que se combina tiene dos o más valencias, se ponen al nombre las siguientes terminaciones:

*Símbolo Valencia Prefijo Sufijo:

1, 2 --------------------- Hipo- -oso
3, 4 --------------------- -oso
5, 6 --------------------- -ico
7 ------------------------ Per- -ico

* Ejemplos:

Br2O5-------------------------------------Óxido brómico.

* Sistemática:

Los óxidos, tanto ácidos como básicos se nombran escribiendo delante de la palabra óxido y del nombre del elemento unos prefijos, que indican el número de átomos del mismo elemento que tiene en esa molécula.

Prefijo -------- Número de átomos
mono ----------------- 1
di --------------------- 2
tri --------------------- 3
tetra ------------------ 4
penta ----------------- 5
hexa ------------------ 6
hepta ----------------- 7
octo ------------------ 8

La nomenclatura se aplica a la formula que ya está simplificada. El prefijo mono se puede suprimirse, esto significa que si un elemento no tiene prefijo significa que solo interviene un átomo de ese elemento en la misma formula.

*Stock:


tanto ácidos como básicos se nombran mediante las palabras “óxido de” seguida del nombre del elemento y un paréntesis donde se pone la valencia del elemento en números romanos, si un elemento tiene solo una valencia no se pone paréntesis.

* Ejemplos:

FeO-----------------------------------------Óxido de Hierro (II)_____________________________________________

Formulación y nomenclatura de hidroxidos

Los hidruros son compuestos binarios formados por átomos de Hidrógeno y de otro elemento, y hay 2 tipos: Hidruros Metálicos y los Hidruros No metálicos.

*Hidruros no metálicos:

Se forman cuando el hidrógeno se combina con un no metal. En éstos compuestos el HIDRÓGENO actúa con estado de oxidación: +1.

Para formar la nomenclatura de hidruros no metálicos se agrega la terminación "Uro" al nombre del No Metal, seguido por la frase "De Hidrógeno". Ejemplo

HF = Fluoruro de Hidrógeno

*Hidruros metálicos:

Se forman cuando el hidrógeno se combina con un metal. En éstos compuestos el HIDRÓGENO actúa con estado de oxidación: -1. Los metales actúan con su habitual estado de oxidación.

Para formar la nomenclatura de hidruros metálicos se antepone la frase "Hidruro de" al nombre del metal. Ejemplo:

NaH = Hidruro de Sodio.

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*Formulación y nomenclatura de hidróxidos:

M(OH)n. Donde “M” es metal, y “n” corresponde al número de iones oxidrilo (OH), que corresponde al estado de oxidación del metal.
Ejemplos: Na(OH), Ca(OH)2, Fe(OH)2, FE(OH)3, Mg(OH)2.

*Nomenclatura Tradicional:

Hidróxido del metal, utilizando los prefijos oso e ico cuando el metal presenta más de un estado de oxidación posible.

Ejemplos: Na(OH) = (hidróxido de sodio), Fe(OH)2 = (hidróxido ferroso)

*Nomenclatura IUPAC:

Hidróxido del metal utilizando numeral de stock cuando el metal presenta más de un estado de oxidación posible.

Ejemplos: Ca(OH)2 = (hidróxido de calcio), Fe(OH)3 = (hidróxido de hierro (III))

*Nomenclatura estequiométrica:

Prefijos indicando la cantidad de iones oxidrilo presentes en el compuesto.

Ejemplos: Cu(OH)2 = (dihidròxido de cobre).

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Formulación y nomenclatura de ácidos oxácidos e hidrácidos

NOMENCLATURA DE LOS ACIDOS

Toda sustancia que en solución acuosa produce iones H+1 recibe el nombre de ACIDO.

Los Acidos se dividen en:

ACIDOS

Hidrácidos Oxiácidos

HIDROGENO: Son compuestos binarios formados por combinación del Hidrógeno con un metal.


Hidrógeno + No Metal Hidrácido

(Hidruro no Metálico)

Los no metales que se combinan con el hidrógeno para formar los Hidrácidos, son los elementos de los grupos VIA y VIIA.


S-2

F-1

Grupo VIA Te-2

Grupo VII Cl-1

Se-2 Halógenos. Br-1 I-1

ÍI~

NOMENCLATURA DE LOS HIDRACIDOS:

1.- La palabra ACIDO.

2.- Nombre del no metal contraído.

3.- Terminación hídrico.

Estos compuestos no contienen Oxigeno.

m

PRINCIPALES HIDRACIDOS

a) HF Acido Fluorhídrico

b) HCI Acido Clorhídrico

c) HBr Acido Bromhídrico

d) HI Acido Yodhídrico

e) H2S Acido Sulfhídrico

f) H2Te Acido Telurhidrico

g) H2Se Acido Selenhidrico

h) H3P Acido Fosfhidrico


NOMENCLATURA DE LOS OXIACIDOS:

Todos los Oxiácidos además de contener Oxígeno en su molécu­la contienen hidrogeno y un no metal.

Se obtienen al combinar un anhídrido con agua.

Ejemplos:

SO3 + H2O H2SO4



CO2 + H2O H2C

Los Oxiácidos se nombran como los anhídridos de donde provienen.

1) La palabra Acido.

2) Nombre del no metal contraído.

Si el no metal sólo tiene una Valencia, la terminación se ría ICO.

Si el no metal presenta dos valencias, la terminación se­rá OSO para la menor valencia e ICO para la mayor valen--cia.

Para los Oxiácidos de los elementos del grupo VIIA, la terminación será:


con valencia +1 hipo oso


Publicado por roberto en 11:53 1 comentarios
miércoles 4 de julio de 2007
Óxidos, anhidrido, hidróxido, Ácido
Óxidos y anhídridos
Son las combinaciones del oxígeno con otro elemento. Si éste es metálico, se trata de un óxido básico, o simplemente óxido, y si es un no metal, de un óxido ácido o anhídrido. Para formularlos, se intercambian los valores de las respectivas valencias, que se ponen como subíndices, simplificando si se puede. Este procedimiento se vuelve a dar en la formulación de hidróxidos, sales, etc. Los subíndices obtenidos después de la simplificación representan el número de átomos (o de grupos), existentes en el compuesto. Se hace Intercambio de valencias a subíndices.

*Nomenclatura: Nomenclatura de Compuestos con oxígeno.

*Óxidos: Está familia de sustancias reúne sólo a compuestos binarios. Son Óxidos Básicos cuando el segundo elemento es un Metal.

*Tradicional: Los óxidos se denominan con el término óxido y el nombre del metal acabado en oso (valencia menor) o ico (mayor).

Los anhídridos se nombran con el término anhídrido y el nombre del no metal, acabado en:
a/ oso o ico (en el caso de dos valencias)
b/ hipo-no metal-oso, oso, ico (tres valencias)
c/ hipo-no metal-oso, oso, ico, per-no metal-ico (si tienecuatro valencias).

*Stock: Se nombran con el término óxido de, seguido del nombre del metal o no metal, y a continuación, entre paréntesis, el número de oxidación de éste.

*Sistemática: Escribe el prefijo indicativo del número de átomos de oxígeno, seguido del término óxido de, y a continuación el prefijo correspondiente al número de átomos del metal o no metal, y su nombre.

* Ejemplos:


Tradicional
Stock
Sistemática

Fe2O3
Óxido férrico
Óxido de hierro (III)
Trióxido de dihierro

CaO
Óxido cálcico
Óxido de calcio
Óxido de calcio

Cl2O3
Anhídrido cloroso
Óxido de cloro (III)
Trióxido de dicloro






Los Hidróxidos


Se denominan tambien bases. Están formados por la combinación del anión hidróxido (OH-) y un catión metálico -o poliatómico que se comporte como tal (como el NH4 +)-. Como acabamos de ver, reaccionan con los ácidos para formar sales.

* Tradicional: Se nombran con el término hidróxido y a continuación el nombre del metal, acabado cuando sea necesario en oso o ico.

* Stock: Término hidróxido seguido del nombre del metal y su valencia en números romanos entre paréntesis. Si el metal sólo tiene una valencia se omite.

* Sistemática: Se indica el número de hidróxidos mediante un prefijo, a continuación el término hidróxido y el nombre del metal. El prefijo mono se omite.

Ácido

Se denomina ácido a cualquier compuesto químico que disuelto en agua, da una solución con un pH menor de 7. Cualquier compuesto químico que puede ceder protones es un ácido. 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.

* Formación de ácidos:
Al reaccionar un no metal con el hidrógeno se forma un hidrácido. Ejemplo: Cloro + Hidrógeno = Ácido Clorhídrico (Cl2 + H2= 2HCl).

Al reaccionar un óxido ácido con agua se forma un oxácido. Ejemplo: Trióxido de Azufre + Agua = Ácido Sulfúrico (SO3 + H2O =H2SO4 ).

Ácido => Oxácidos y Hidrácidos => Tio Ácido, Suflo Ácido, Poli Ácido, Ácido Polidratado.

* Ejemplo:

ÓXIDO ÁCIDO
+
AGUA

ÁCIDO u OXOÁCIDO









N2O5
+
H2O

HNO3

Óxido nítrico

Agua

Ácido Nítrico







SO2
+
H2O

historia del atomo

Durante los siglos VI a IV antes de Cristo, en las ciudades griegas surgió una nueva mentalidad, una nueva forma de ver el mundo no como algo controlado por los dioses y manejado a su capricho, sino como una inmensa máquina gobernada por una leyes fijas e inmutables que el hombre podía llegar a comprender. Fue esta corriente de pensamiento la que puso las bases de la matemática y las ciencias experimentales.

Demócrito, uno de estos pensadores griego, en al siglo IV antes de Cristo, se interrogó sobre la divisibilidad de la materia. A simple vista las sustancias son continuas y se pueden dividir. ¿Es posible dividir una sustancia indefinidamente? Demócrito pensaba que no, que llegaba un momento en que se obtenían unas partículas que no podían ser divididas más; a esas partículas las denominó átomos, que en griego significa indivisible. Cada elemento tenía un átomo con unas propiedades y forma específicas, distintas de las de los átomos de los otros elementos.


De todos los dioses Hefesto era el único que trabajaba, su labor constante en la fragua y el yunque, forjando utensilios, armas, autómatas e incluso los rayos de Zeus, hizo que fuera el dios de la técnica y con ella de la civilización.

Las ideas de Demócrito, sin estar olvidadas completamente, cayeron en desuso durante más de dos mil años.

Mientras tanto, se desarrolló la química, se descubrieron nuevos elementos y se descubrieron las leyes que gobiernan las transformaciones químicas.

Precisamente para explicar algunas de estas leyes, las leyes ponderales, Dalton, en 1808 propuso una nueva teoría atómica. Según esta teoría, los elementos estaban formados por átomos, indivisibles e indestructibles, todos iguales entre sí, pero distintos de los átomos de los otros elementos. la unión de los átomos daba lugar a la variedad de sustancias conocidas y la ruptura de las uniones entre los átomos para formar nuevas uniones era el origen de las transformaciones químicas.



Símbolos convencionales propuestos por Dalton

Pila de Volta Cuando en 1800 el italiano Volta descubrió la pila eléctrica, los quimicos tuvieron una fuente continua de electricidad y se descubrieron muchos nuevos elementos gracias a ella. También se descubrió que algunas sustancias, como la sal, al disolverse en agua, podían transmitir la electricidad, mientras que otras, como el azúcar, no lo hacían.

El físico y químico inglés Faraday, en la primera mitad del siglo XIX, estableció las leyes de la electroquímica, poniendo en relación cuantitativa algunas transformaciones químicas y la electricidad e intentó hacer pasar electricidad a través del vacío (lo que demostraría la existencia de partículas de electricidad), fracasando al no lograr un vacío lo bastante perfecto.

A finales del siglo XIX Crookes obtuvo un vacío suficiente, observó que al someter en el vacío unas placas metálicas a una gran diferencia de potencial, unas partículas, con carga negativa, que se llamaron electrones, abandonaban la placa cargada negativamente y se movían hacia la que tenía carga positiva. Esas mismas partículas aparecían si se iluminaba un metal con luz ultravioleta. Estaba claro que sólo podían proceder de los átomos del metal, así que el átomo no era indivisible, estaba formado por partículas.

El físico inglés Thomson creyó que el átomo estaba formado por una esfera de carga positiva en la que se engastaban, como pasas en un pastel, los electrones.

pero su propio discípulo Rutherford, descubrió que no podía ser así, que toda la la carga positiva del átomo y casi toda su masa se encontraba en un reducido espacio, el núcleo atómico, mientras que su carga negativa de electrones estaban muy lejos de él, girando a su alrededor, de forma que la mayor parte del átomo estaba vacío (a escala, si el átomo tuviera el tamaño de una plaza de toros, el núcleo tendría el tamaño de un grano de arena). Posteriores investigaciones determinaron que el núcleo atómico estaba formado por dos tipos de partículas, los protones, de carga positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica.

Átomo de Thomson

Átomo de Rutherford

En 1860, los físicos alemanes Bunsen y Kirchhoff descubrieron que cada átomo, sin importar su estado, al ser calentado emite una luz de colores característica, los espectros atómicos. Gracias a su invención, se descubrió el elemento Helio, que se emplea en los globos, en el Sol, antes de sospecharse su existencia en la Tierra.

El físico danés Bohr, en 1913, explicó la existencia de los espectros atómicos suponiendo que los electrones no giran en torno al núcleo atómico en cualquier forma, sino que las órbitas de los electrones están cuantizadas mediante 3 números:

el número cuántico principal, n, que determina la distancia al núcleo, el radio de la órbita; el número cuántico azimutal, l, que determina la excentricidad de la órbita; y el número cuántico magnético, m, que determina su orientación en el espacio. Con posterioridad se añadió un cuarto número cuántico, el número cuántico de spín, s, que indica la rotación del electrón sobre si mismo.

Un átomo emitía o absorbía luz cuando un electrón pasaba de una órbita a otra Y no podían existir dos electrones en el mismo átomo, con los cuatro números cuánticos iguales.

Ya en la década de 1920 se propuso, gracias a los esfuerzos de Schrödinger, Heisenberg y el propio Bohr, la teoría de la mecánica cuántica, que da explicación del comportamiento de los electrones y átomos individualmente, en compuestos y en las transformaciones químicas...

Pero eso, eso es otra historia....

ENERGIA NUCLEAR

Energía Nuclear
INTRODUCCION
ENERGIA
ENERGIA NUCLEAR
INTERACCION DE LA RADIACION IONIZANTE CON LA MATERIA
REACTORES NUCLEARES
USOS PACIFICOS DE LA ENERGIA NUCLEAR
AREAS DE INVESTIGACION EN VENEZUELA
CONCLUSIONES
GLOSARIO
BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

La energía es la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide por el trabajo que son capaces de realizar

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

Para conocer que es la energía nuclear primero debemos conocer que es, como se transforma, y obtiene la energía, y los diferentes tipos de energía. De igual forma se debe tener un conocimiento claro de los conceptos básicos utilizados en la física nuclear.

Los primeros pasos que dio el hombre para la obtención y transformación de esta clase de energía, data de los años 1930-1945, cuando se obtuvo en forma artificial y controlada esta forma de energía, para la construcción de la primera bomba atómica. Desde entonces se han realizado adelantos he investigaciones en este campo para su aplicación para el beneficio de la humanidad.


ENERGIA

La Energía es un concepto esencial de las ciencias. Desde un punto de vista material complejo de definir. La más básica de sus definiciones indica que se trata de la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide por el trabajo que son capaces de realizar.

La realidad del mundo físico demuestra que la energía, siendo única, puede presentarse bajo diversas Formas capaces de Transformarse unas a otras.


Formas de Energía

Algunas formas básicas de energía son:


Energía Mecánica.

Por ejemplo, aquella que poseen los cuerpos en movimiento, o bien la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna.


Energía Electromagnética.

Generada por Campos Electrostáticos, Campos Magnéticos o bien por Corrientes Eléctricas.


Energía Térmica.

Energía interna de los cuerpos que se manifiesta externamente en forma de Calor.


Energía Química.

Energía que poseen los compuestos. Se pone de manifiesto por el proceso de conversión generado en una reacción química.


Energía Metabólica.

Es la generada por los organismos vivos gracias a procesos químicos de oxidación como producto de los alimentos que ingieren.


Fuentes y transformaciones de energía

Las fuentes de energía se pueden clasificar en:


Fuentes de energía renovables

Las energías renovables son aquellas que llegan en forma contínua a la Tierra y que a escalas de tiempo real parecen ser inagotables.

Son fuentes de energía renovable:


Energía Hidráulica

Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos. El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto de un nivel de referencia. El agua adquiere una importante cantidad de energía potencial (aquella que poseen los cuerpos que se encuentran a cierta altura respecto de un nivel de referencia). Posteriormente, el agua se deja caer por medio de ductos hasta el nivel de referencia, por lo tanto toda su energía potencial se forma en energía cinética (aquella que posee un cuerpo gracias a su estado de movimiento). La energía cinética de las caídas de agua se aprovecha, por ejemplo, para mover turbinas generadoras de electricidad, tal es el principio de las Centrales Hidroeléctricas.


Energía Solar



Es la energía que llega a la Tierra proveniente de la estrella más cercana a nuestro planeta: El Sol. Esta energía abarca un amplio espectro de Radiación Electromagnética, donde la luz solar es la parte visible de tal espectro. La energía solar es generada por la llamada Fusión Nuclear que es la fuente de vida de todas las estrellas del Universo.

El hombre puede transformar la energía solar en energía térmica o eléctrica. En el primer caso la energía solar es aprovechada para elevar la temperatura de un fluido, como por ejemplo el agua, y en el segundo caso la energía luminosa del sol transportada por sus fotones de luz incide sobre la superficie de un material semiconductor (ej.: el silicio), produciendo el movimiento de ciertos electrones que componen la estructura atómica del material. Un movimiento de electrones produce una corriente eléctrica que se puede utilizar como fuente de energía de componentes eléctricos o bien electrónicos. Es el caso del principio de funcionamiento de las calculadoras solares.


Energía Eólica

Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.

Al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo, más bien son dispersos e intermitentes.

Este tipo de energía puede ser de gran utilidad en regiones aisladas y de difícil acceso y que tienen necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.




Biomasa

Esta energía se obtiene de ciertos compuestos orgánicos que se han producido en el tiempo por procesos naturales, es decir, producto de transformaciones químicas y biológicas sobre algunas especies vegetales o bien sobre ciertos materiales. Un ejemplo de tal proceso lo constituyen los residuos forestales, los residuos de la agricultura y los residuos domésticos. Estos residuos se transforman con posterioridad en combustibles. En el caso de los residuos domésticos es necesario como paso previo a la obtención de energía, un plan amplio para la adecuada clasificación de las basuras y su posterior reciclaje.


Energía Mareomotriz



Es la energía obtenida del movimiento de las mareas y las olas del mar. El Movimiento de mareas es generado por la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna. Tal movimiento se utiliza para traspasar energía cinética a generadores de electricidad.

La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es por una parte su alto costo y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes masas de agua en recintos naturales.


Fuentes de energía no renovables

Son fuentes de energía no renovables aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume.

Son fuentes de energía no renovables:


El Carbón


El Petróleo


El Gas Natural


La Energía Geotérmica


La Energía Nuclear (Esta forma de energía será explicada en el Capitulo III ENERGIA NUCLEAR)


El Carbón

Es un combustible fósil, formado por la acumulación de vegetales durante el Periodo Carbonífero de la era Primaria de nuestro planeta. Estos vegetales a lo largo del tiempo han sufrido el encierro en el subsuelo terrestre, experimentando cambios de presión y temperatura lo que ha posibilitado la acción de reacciones químicas que los han transformado en variados tipos de carbón mineral.


El Petróleo

Es un aceite natural de origen mineral constituido por una mezcla de hidrocarburos. Estos hidrocarburos se producen por antiguos restos de organismos vegetales, organismos acuáticos y organismos vivos depositados en las profundidades de la corteza terrestre en forma de sedimentos.


El Gas Natural

Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de la Tierra y que poseen un gran poder calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo.

El principal componente del gas natural es el metano y en menor proporción los gases de etano, propano y butano.


Energía Geotérmica

Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (geyser) y en forma de agua caliente (fuentes termales).



Energia Nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo la generada por la combustión del combustible fósil del metano.

ELEMENTOS DE FISICA NUCLEAR


Un Poco de Historia

Cinco siglos antes de Cristo, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto que tales partículas fueran indivisibles. Es así, como Demócrito formula la teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamó átomos (del griego átomos, indivisible).

En 1803 el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.

Hacia finales del siglo XIX, se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1906. Posteriormente, Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetas alrededor del Sol. Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones.

El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos.


Constitución del Atomo y Modelos Atómicos

La descripción básica de la constitución atómica, reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas órbitas (niveles de energía) alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro.

El núcleo lo componen los protones con carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica.

El tamaño de los núcleos atómicos para los diversos elementos están comprendidos entre una cienmilésima y una diezmilésima del tamaño del átomo.

La cantidad de protones y de electrones presentes en cada átomo es la misma. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se le llama número másico y se designa por la letra "A".

Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representa por la siguiente simbología:

ZXA

Por ejemplo, para el Hidrogeno tenemos: 1H1.

Si bien, todas las características anteriores de la constitución atómica, hoy en día son bastante conocidas y aceptadas, a través de la historia han surgido diversos modelos que han intentado dar respuesta sobre la estructura del átomo. Algunos de tales modelos son los siguientes:


El Modelo de Thomson

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostraron la inexactitud de tales ideas.


El Modelo de Rutherford

Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.

El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.


El Modelo de Bohr

El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida (por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.


Modelo Mecano - Cuántico

Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es difícil conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg.


Radiactividad


Radiactividad Natural

En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio), halló una nueva propiedad de la materia a la que posteriormente Marie Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre el cual se investigaba.

Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio.

La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.

Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.

Desintegraciones Alfa, Beta, Gamma.

La radiactividad es un fenómeno que se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. La causa que los origina probablemente se debe a la variación en la cantidad de partículas que se encuentran en el núcleo.

Cuando el núcleo atómico es inestable a causa del gran número de protones que posee (ocurre en los elementos más pesados, es decir con Z = 83 o superior), la estabilidad es alcanzada, con frecuencia, emitiendo una partícula alfa, es decir, un núcleo de Helio (2He4) formado por dos protones y dos neutrones.

Cuando la relación de neutrones/protones en un núcleo atómico es elevada, el núcleo se estabiliza emitiendo un neutrón, o bien como ocurre con frecuencia, emitiendo una partícula beta, es decir, un electrón.

Cuando la relación de neutrones/protones es muy pequeña, debe ocurrir una disminución en el número de protones o aumentar el número de neutrones para lograr la estabilidad del núcleo. Esto ocurre con la emisión de un electrón positivo o positrón, o bien absorbiendo el núcleo un electrón orbital.

Los rayos gamma son ondas electromagnéticas de gran energía, muy parecidos a los rayos X, y en ciertas ocasiones se presentan cuando ocurre una desintegración de partículas beta, o bien una emisión de positrones. Por lo tanto, la radiación gamma no posee carga eléctrica y su naturaleza ondulatoria permite describir su energía en relación a su frecuencia de emisión.


Radiactividad Artificial

Al bombardear diversos núcleos atómicos con partículas alfa de gran energía, se pueden transformar en un núcleo diferente, por lo tanto, se transforma en un elemento que no existe en la naturaleza. Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot, experimentando con tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada, entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende, induciendo su desintegración radiactiva.

Desde el descubrimiento de los primeros elementos radiactivos artificiales, el hombre ha logrado en el tiempo obtener una gran cantidad de ellos. Es clave en este proceso la aparición de los llamados aceleradores de partículas y de los reactores nucleares. Estos últimos son fuente importante de neutrones que son utilizados para producir gran variedad de radioisótopos.


Radiaciones


Radiaciones Ionizantes

Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).

Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.

La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria (que llega a las capas más altas de la atmósfera) se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de la Tierra, se forman en ella átomos radiactivos (como el Tritio y el Carbono-14) y se producen partículas alfa, neutrones o protones.

Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.


Radiaciones No Ionizantes

Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material.

Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos electromagnéticos y las radiaciones ópticas.

Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.

Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos láser, los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano.


Fisión Nuclear



Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor.

Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción Nuclear en Cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235.

El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores Nucleares que actualmente operan en el mundo.


Fusión Nuclear

La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.

La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas. Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para la fusión.

Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar.

El confinamiento de las partículas se logra utilizando un "Confinamiento Magnético", o bien un "Confinamiento Inercial". El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas (núcleos) con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un Campo Magnético su trayectoria y velocidad cambian, quedando atrapadas por dicho Campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada se eleva la temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión.

La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio:

2H + 2H 3He + 1n+ 3,2 MeV




INTERACCION DE LA RADIACION IONIZANTE CON LA MATERIA

El efecto inmediato de las radiaciones ionizantes al interactuar con la materia es la ionización, es decir la creación de iones positivos o negativos.

Otro efecto que genera la radiación ionizante es conocido con el nombre de "excitación del átomo". La excitación ocurre cuando un electrón salta a una órbita o nivel de energía superior, para después volver a su órbita original, emitiendo energía en el transcurso del proceso.


Interacción de las Radiaciones Alfa con la Materia

La partícula alfa se compone de 2 protones y 2 neutrones. Su poder de penetración en la materia es muy bajo y sólo es capaz de recorrer algunos centímetros en el aire. Su corto recorrido describe una trayectoria prácticamente en línea recta. Cuando penetra la materia presenta un alto poder de ionización, formando verdaderas columnas de iones ( cuando penetra en un centímetro de aire puede producir hasta 30.000 pares de iones).




Interacción de la Radiaciones Beta con la Materia

La masa de las partículas beta (electrones negativos) es muy pequeña, por lo tanto, su movilidad es mayor respecto de las partículas alfa. Durante su recorrido cambia fácilmente de trayectoria y su alcance y poder de penetración es mayor. Además, su poder de ionización es inferior, respecto de la partícula alfa.

Si una partícula beta se acerca a un núcleo atómico, desvía su trayectoria y pierde parte de su energía (se "frena"). La energía que ha perdido se transforma en rayos X. Este proceso recibe el nombre de "Radiación de Frenado".

Otra interesante reacción ocurre cuando una partícula beta colisiona con un positrón (electrón positivo). En este proceso, ambas partículas se aniquilan y desaparecen, liberando energía en forma de rayos gamma.




Interacción de las Radiaciones Gamma con la Materia

Las radiaciones gamma carecen de carga eléctrica, por lo tanto, no sufren desviaciones en su trayectoria como producto de la acción de campos eléctricos de núcleos atómicos o electrones. Tales características permiten que la radiación gamma sea capaz de traspasar grandes espesores de material y de ionizar indirectamente las sustancias que encuentra en su recorrido.

Un rayo gamma es capaz de sacar un electrón de su órbita atómica. El electrón arrancado producirá ionización en nuevos átomos circundantes, lo que volverá a suceder hasta que se agote toda la energía de la radiación gamma incidente.


Interacción de los Neutrones con la Materia

Los neutrones también carecen de carga eléctrica y no sufren la acción de campos eléctricos ni magnéticos. Al igual que la radiación gamma son capaces de atravesar grandes espesores de material.

Cuando un neutrón choca con un átomo le cede parte de su energía mediante la acción de choques elásticos (la energía total del sistema se mantiene constante) e inelásticos (la energía total del sistema no se conserva). Como producto de los sucesivos choques el neutrón pierde velocidad en forma gradual, hasta alcanzar una magnitud de 2.200 metros/segundo. A estos neutrones se les denomina "Neutrones Térmicos".

Si un neutrón colisiona con un núcleo atómico y sus masas son muy parecidas, entonces el neutrón pierde una gran cantidad de energía. Mayor será la pérdida de energía mientras más se asemejen sus masas. Por lo tanto, los choques que aseguran gran pérdida de energía ocurren con los núcleos de los átomos de Hidrógeno. El proceso por el cual los neutrones reducen su velocidad en forma gradual recibe el nombre de "Termalización" o "Moderación de Neutrones".

Los neutrones térmicos se pueden desintegrar, formando un protón y un electrón, o bien pueden ser absorbidos por los núcleos de los átomos circundantes, dando lugar a reacciones nucleares, como por ejemplo la fisión nuclear


REACTORES NUCLEARES


¿Que Es Un Reactor Nuclear?

Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.

El primer reactor construido en el mundo fue operado en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta dirección del famoso investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre de "Pila de Fermi", como posteriormente se denominó a este reactor. Su estructura y composición eran básicas si se le compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en sólidas paredes de ladrillos de grafito.


Elementos De Un Reactor Nuclear



1. Núcleo 2. Barras de control 3. Generador de vapor

4. Presionador 5. Vasija 6. Turbina

7. Alternador 8. Condensador 9. Agua de refrigeración

10. Agua de refrigeración 11. Contención de hormigón


El Combustible:

Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio.

En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable, es alrededor del 0,7%, por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible "enriquecido", es decir, combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.


Barras de Combustible:

Son el lugar físico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de laminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las laminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.


Núcleo del Reactor:

Esta constituido por las Barras de Combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.


Barras de Control:

Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.


Moderador:

Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los "nuevos neutrones" sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rápidos mediante choques con átomos de otro material adecuado, llamado Moderador. Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada, el Carbono (grafito), etc..


Refrigerante:

El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc..


Blindaje:

En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de Radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado "Blindaje Biológico" que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, cuyo espesor es superior a los 1,5 metros.


Tipos De Reactores Nucleares

Existen dos tipos de reactores:


Los Reactores de Investigación.

Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.


Los Reactores de Potencia.

Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición y el Reactor de Agua a Presión:


Reactor de Agua en Ebullición (BWR)

Ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, Suecia y Alemania. Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante. Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación de fisiones nucleares.


El calor generado por la reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por un bomba adecuada.


Núcleo del reactor 2. Barras de control

3. Cambiador de calor (generador de vapor) 4. Presionador

5. Vasija. 6. Turbina. 7. Alternador.

8. Bomba. 9. Condensador.

10. Agua de refrigeración. 11. Transformador.

12. Recinto de contención de hormigón armado.

13. Contención primaria de acero.


Reactor de Agua a Presión (PWR)

Es ampliamente utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón. El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede ser agua o bien grafito. Su combustible también es Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir a temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos 600 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es enfriado y condensado para volver en forma líquida al reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.



1. Núcleo del reactor. 2. Barras de control


Cambiador de calor (generador de vapor).

4. Presionador 5. Vasija 6. Turbina.

7. Alternador. 8. Bomba 9. Condesador

10. Agua de refrigeración. 11. Transformador.

12. Recinto de contención de hormigón armado.

Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:


Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos.


Según el combustible utilizado. Hay reactores de Uranio natural ( la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible).


Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.


Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.


Seguridad En Los Reactores Nucleares


Sistemas de Control.

Básicamente está constituido por las barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo. Las barras de control son accionadas por una serie de sistemas mecánicos, eléctricos u electrónicos, de tal manera de asegurar con rapidez la extinción de las reacciones nucleares.

La instrumentación de monitoreo se ubica en el interior o en el exterior del núcleo del reactor y su finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos parámetros necesarios para la seguridad: presión, temperatura, nivel de radiación, etc..



Sistemas de Contención.

Constituido por una serie de barreras múltiples que impiden el escape de la radiación y de los productos radiactivos. La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es un material cerámico que recubre el Uranio utilizado como elemento combustible. La segunda barrera es la estructura que contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de combustible.

La tercera barrera es la vasija que contiene el núcleo del reactor. En los reactores de potencia se denomina vasija de presión y se construye de un acero especial con un revestimiento interior de acero inoxidable.

La cuarta barrera la constituye el edificio que alberga al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de "Edificio de Contención" y se construye de hormigón armado de, a lo menos, 90 cm de espesor. Se utiliza para prevenir posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir fuertes impactos internos o externos, soportar grandes variaciones de presión y mantener una ligera depresión en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material activado.


Concepto de Seguridad a Ultranza.

Toda central nuclear se diseña y construye bajo el concepto de Seguridad a Ultranza, es decir, se privilegia ante todo la seguridad de toda instalación. Se busca reducir al mínimo posible toda exposición a las radiaciones, no sólo en caso de accidente, sino durante las operaciones normales de su personal.


Ciclo Del Combustible Nuclear

El Ciclo del Combustible Nuclear son todos los procesos por los cuales se somete al Uranio desde que se extrae de la tierra hasta su utilización en el reactor y su posterior reelaboración o su almacenamiento como residuo. Consta de las siguientes etapas:


Primera etapa de minería y concentración del Uranio.

En esta etapa se extrae el mineral y se separa el Uranio que contiene. Posteriormente se eliminan las impurezas que aún contiene el mineral de Uranio obtenido en el proceso de separación inicial. La concentración del mineral consiste en utilizar procesos físico-químicos para aumentar los contenidos de Uranio a valores superiores al 70%. En todo el proceso se utiliza Uranio natural cuya composición isótopica es de aproximadamente: 99% de Uranio-238, 0,7% de Uranio-235 y 0,006% de Uranio-234.


Segunda etapa de Conversión y Enriquecimiento.

El Uranio concentrado se purifica por medio de sucesivos tratamientos en disoluciones y precipitaciones hasta que se convierte en un elemento llamado Hexafloruro de Uranio. Posteriormente el Hexafloruro de Uranio se enriquece, es decir, se aumenta la proporción de átomos de Uranio-235 con respecto al Uranio-238. Para ello se realiza una separación selectiva a nivel atómico, utilizando procesos de difusión gaseosa, ultracentrifugación, procesos aerodinámicos, intercambio químico o métodos de separación por láser.


Tercera etapa de Fabricación de Elementos Combustibles.

El Uranio enriquecido se somete a presión y altas temperaturas para transformarlo en pequeños cuerpos cerámicos. Las pastillas cerámicas se colocan en el interior de unas varillas rellenadas con un gas inerte. Las varillas se apilan en un tubo fabricado de una aleación de circonio, dando forma al llamado Elemento Combustible.


Cuarta etapa de Uso del Combustible en un reactor.

Los Elementos Combustibles se introducen en el interior del reactor y forman parte del núcleo del mismo. El Uranio presente en los Elementos Combustibles genera las fisiones que activan al reactor y a medida que transcurre el tiempo se gasta, dejando como desecho los productos de fisión, por ejemplo el Plutonio.

En las centrales de potencia el combustible gastado se almacena temporalmente en la propia instalación, en una piscina especialmente adecuada para ello, lo que permite bajar la actividad de los productos de fisión de vida corta.


Quinta etapa de Reelaboración.

Se sabe que en el combustible gastado se ha consumido sólo una pequeña fracción del Uranio que contiene. Se procede entonces a la reelaboración del combustible con el objeto de separar el Uranio que aún es utilizable. En el Proceso de reelaboración también se pueden aislar ciertas cantidades de Plutonio u otros productos de fisión, los cuales son de utilidad en el funcionamiento de algunos tipos de reactores. La reelaboración es compleja y demanda fuertes inversiones en plantas industriales de alta tecnología.


Sexta etapa de Almacenamiento de Residuos.

El almacenamiento de los residuos puede ser temporal o definitivo. El almacenamiento temporal supone, en algunos casos, el control y posterior reelaboración del combustible gastado. Si no es posible llevar a cabo la reelaboración el combustible gastado se almacena en forma definitiva.

Los residuos radiactivos se pueden clasificar según su origen, su forma (sólidos, líquidos, gaseosos), su nivel de radiactividad, por la vida media de los isótopos radiactivos que contienen (de vida larga, de vida corta), por la intensidad de las radiaciones que emiten, por su radiotoxicidad, o bien por sus necesidades de almacenamiento.

El almacenamiento definitivo generalmente se aplica a aquellos residuos de alta actividad y vida larga, y se puede realizar enterrándolos a distancias relativamente cortas respecto de la superficie terrestre (menos de 20 metros). También, se pueden almacenar en formaciones geológicas de mediana o gran profundidad (decenas a centenares de metros).

Es importante señalar, que el volumen de residuos radiactivos producidos por una central nuclear dependerá de las características de orden técnico del reactor que los produce. Es así como, los reactores de investigación poseen un núcleo pequeño con alta emisión de neutrones, generando cantidades de residuos bastante menores en comparación a los reactores de potencia.


USOS PACIFICOS DE LA ENERGIA NUCLEAR

Gracias al uso de reactores nucleares hoy en día es posible obtener importantes cantidades de material radiactivo a bajo costo. Es así como desde finales de los años 40, se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre.

Estas áreas se pueden clasificar en:


Agricultura Y Alimentación


Control de Plagas.

Se sabe que algunos insectos pueden ser muy perjudiciales tanto para la calidad y productividad de cierto tipo de cosechas, como para la salud humana. En muchas regiones del planeta aún se les combate con la ayuda de gran variedad de productos químicos, muchos de ellos cuestionados o prohibidos por los efectos nocivos que producen en el organismo humano. Sin embargo, con la tecnología nuclear es posible aplicar la llamada "Técnica de los Insectos Estériles (TIE)", que consiste en suministrar altas emisiones de radiación ionizante a un cierto grupo de insectos machos mantenidos en laboratorio. Luego los machos estériles se dejan en libertad para facilitar su apareamiento con los insectos hembra. No se produce, por ende, la necesaria descendencia. De este modo, luego de sucesivas y rigurosas repeticiones del proceso, es posible controlar y disminuir su población en una determinada región geográfica. En Chile, se ha aplicado con éxito la técnica TIE para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas.


Mutaciones.

La irradiación aplicada a semillas, después de importantes y rigurosos estudios, permite cambiar la información genética de ciertas variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El objetivo de la técnica, es la obtención de nuevas variedades de especies con características particulares que permitan el aumento de su resistencia y productividad.


Conservación de Alimentos.

En el mundo mueren cada año miles de personas como producto del hambre, por lo tanto, cada vez existe mayor preocupación por procurar un adecuado almacenamiento y mantención de los alimentos. Las radiaciones son utilizadas en muchos países para aumentar el período de conservación de muchos alimentos. Es importante señalar, que la técnica de irradiación no genera efectos secundarios en la salud humana, siendo capaz de reducir en forma considerable el número de organismos y microorganismos patógenos presentes en variados alimentos de consumo masivo.

La irradiación de alimentos es aplicada en Chile en una planta de irradiación multipropósito ubicada en el Centro de Estudios Nucleares Lo Aguirre, con una demanda que obliga a su funcionamiento ininterrumpido durante los 365 días del año.


Hidrología

Gracias al uso de las técnicas nucleares es posible desarrollar diversos estudios relacionados con recursos hídricos. En estudios de aguas superficiales es posible caracterizar y medir las corrientes de aguas lluvias y de nieve; caudales de ríos, fugas en embalses, lagos y canales y la dinámica de lagos y depósitos.

En estudios de aguas subterráneas es posible medir los caudales de las napas, identificar el origen de las aguas subterráneas, su edad, velocidad, dirección, flujo, relación con aguas superficiales, conexiones entre acuíferos, porosidad y dispersión de acuíferos.


Medicina


Vacunas

Se han elaborado radiovacunas para combatir enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la producción pecuaria en general. Los animales sometidos al tratamiento soportan durante un período más prolongado el peligro de reinfección siempre latente en su medio natural.


Medicina Nuclear

Se ha extendido con gran rapidez el uso de radiaciones y de radioisótopos en medicina como agentes terapéuticos y de diagnóstico.

En el diagnóstico se utilizan radiofármacos para diversos estudios de: Tiroides, Hígado, Riñón, Metabolismo, Circulación sanguínea, Corazón, Pulmón, Trato gastrointestinales.

En terapia médica con las técnicas nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer. Con frecuencia se utilizan tratamientos en base a irradiaciones con rayos gamma provenientes de fuentes de Cobalto-60, así como también, esferas internas radiactivas, agujas e hilos de Cobalto radiactivo. Combinando el tratamiento con una adecuada y prematura detección del cáncer, se obtienen terapias con exitosos resultados.


Radioinmunoanalisis

Se trata de un método y procedimiento de gran sensibilidad utilizado para realizar mediciones de hormonas, enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del suero, fármacos y variadas sustancias.

El procedimiento consiste en tomar muestras de sangre del paciente, donde con posterioridad se añadirá algún radioisótopo específico, el cual permite obtener mediciones de gran precisión respecto de hormonas y otras sustancias de interés.


Radiofarmacos

Se administra al paciente un cierto tipo de fármaco radiactivo que permite estudiar, mediante imágenes bidimensionales (centelleografía) o tridimensionales (tomografía), el estado de diversos órganos del cuerpo humano.

De este modo se puede examinar el funcionamiento de la tiroides, el pulmón, el hígado y el riñón, así como el volumen y circulación sanguíneos. También, se utilizan radiofármacos como el Cromo - 51 para la exploración del bazo, el Selenio - 75 para el estudio del páncreas y el Cobalto - 57 para el diagnóstico de la anemia.


Medio Ambiente

En esta área se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes del medio ambiente. La técnica más conocida recibe el nombre de Análisis por Activación Neutrónica, basado en los trabajos desarrollados en 1936 por el científico húngaro J.G. Hevesy, Premio Nobel de Química en 1944. La técnica consiste en irradiar una muestra, de tal forma, de obtener a posteriori los espectros gamma que ella emite, para finalmente procesar la información con ayuda computacional. La información espectral identifica los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos.

Una serie de estudios se han podido aplicar a diversos problemas de contaminación como las causadas por el bióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos agrícolas, en contaminación de aguas y en el smog generado por las ciudades.


Industria e Investigación


Trazadores

Se elaboran sustancias radiactivas que son introducidas en un determinado proceso. Luego se detecta la trayectoria de la sustancia gracias a su emisión radiactiva, lo que permite investigar diversas variables propias del proceso. Entre otras variables, se puede determinar caudales de fluidos, filtraciones, velocidades en tuberías, dinámica del transporte de materiales, cambios de fase de líquido a gas, velocidad de desgaste de materiales, etc..


Instrumentación

Son instrumentos radioisótopicos que permiten realizar mediciones sin contacto físico directo. Se utilizan indicadores de nivel, de espesor o bien de densidad.


Imágenes

Es posible obtener imágenes de piezas con su estructura interna utilizando radiografías en base a rayos gamma o bien con un flujo de neutrones. Estas imágenes reciben el nombre de Gammagrafía y Neutrografía respectivamente, y son de gran utilidad en la industria como método no destructivo de control de calidad. Con estos métodos se puede comprobar la calidad en soldaduras estructurales, en piezas metálicas fundidas, en piezas cerámicas, para análisis de humedad en materiales de construcción, etc..


Datación

Se emplean técnicas isotópicas para determinar la edad en formaciones geológicas y arqueológicas. Una de las técnicas utiliza el Carbono-14, que consiste en determinar la cantidad de dicho isótopo contenida en un cuerpo orgánico. La radiactividad existente, debida a la presencia de Carbono-14, disminuye a la mitad cada 5730 años, por lo tanto, al medir con precisión su actividad se puede inferir la edad de la muestra.


Investigación

Utilizando haces de neutrones generados por reactores, es posible llevar a cabo diversas investigaciones en el campo de las ciencias de los materiales. Por ejemplo, se puede obtener información respecto de estructuras cristalinas, defectos en sólidos, estudios de monocristales, distribuciones y concentraciones de elementos livianos en función de la profundidad en sólidos, etc..

En el ámbito de la biología, la introducción de compuestos radiactivos marcados ha permitido observar las actividades biológicas hasta en sus más mínimos detalles, dando un gran impulso a los trabajos de carácter genético.


Areas de investigacion en Venezuela:

Evaluación de DTL como técnica de investigación en la exploración de yacimientos petrolíferos:
Yacimientos petrolíferos se han estudiado mediante la radiometría termoluminiscente de radiaciones (DTL) para evaluarla como un método complementario a los métodos geofísicos y geológicos convencionales. El propósito de estos estudios es la demarcación de blancos en el yacimiento para el emplazamiento de pozos, o la extensión de yacimientos en producción. Teóricamente, la migración vertical a través de la columna geológica sedimentaria de los radioisótopos gaseosos producidos por el decaimiento de uranio, debe reflejar la presencia de ambientes reductores en el subsuelo, tales como, las acumulaciones de hidrocarburos: Estos ambientes reductores fijan el uranio en el estado de valencia inmóvil +4, creando una relación espacial entre la señal termoluminiscente en la superficie del suelo y la trampa petrolífera en el subsuelo


Calibración Dosimétrica

El Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas - IVIC, se encarga del control de calidad y la calibración de instrumentos y haces de radiación.


Creación de una Maestría en Física Médica


Aplicación de la Dosimetría Termoluniscente en el Radiodiagnóstico de Recien Nacidos


Modernización de los Sistemas de Braquiterapia


Evaluación de la Calidad de Imagen Diagnóstica en Lesiones de Miembros Torácicos y Pelvianos de Caballos Pura Sangre en el Servicio de Rayos-X del Hospital Veterinario del Hipódromo "La Rinconada"


Estimación de la Dosis de Radiación Recibida por el Paciente Sometido a Estudios de Cateterismo Cardíaco y por el Personal que Realiza dichos Estudios.


Determinación de la Linealidad de los Factores de Campo en Aceleradores Lineales Modalidad Fotones. CLINAC 4

Es tarea específica del Laboratorio Secundario de Calibración Dosimétrica (LSCD) mantener todos sus equipos dentro de las tolerancias establecidas por las recomendaciones de la Comisión Electrotécnica Internacional en cuanto atañe a patrones de medición, es decir, cumplir con los controles periódicos para la clasificación para la certificación de la calidad de sus instrumentos, tener los dosímetros, haces de radiación y fuentes calibrados, llevar los libros de control (historia) de toda su instrumentación rigurosamente al día, con el objeto de mantener la exactitud de las mediciones dentro de los rangos establecidos según su categoría.

Realiza el control de calidad y calibración de equipos de radioterapia: Unidades de Cobalto 60, Aceleradores Lineales, (modalidad fotones y electrones) y Unidades de Rayos X de energías baja y media. Inspecciona los ambientes de implantes en braquiterapia y controla blinajes de fuentes de Cesio-137 y su aplicación en braquiterapia. Realiza el control de calidad de unidades de Rayos-X en Servicios de Radiodiagnóstico.


Unidad de Tecnología Nuclear

La Unidad de Tecnología Nuclear del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas - IVIC, fue creada en enero de 1991 con el propósito de agrupar los servicios que dependen de la radiación nuclear en sus actividades y tareas.

El personal de la UTN comprende a investigadores, profesionales y especialistas asociados a la investigación, estudiantes graduados y asistentes, y personal administrativo y obrero.

La Unidad realiza labores de investigación orientada y aplicada, así como labores de docencia. También presta multitud de servicios de asesoría y asistencia técnica en las áreas de salud e industria, a organismos oficiales y privados por intermedio del Centro Tecnológico.


Servicio de Ingeniería Nuclear

El Servicio de Ingeniería Nuclear del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas - IVIC, aplica técnicas para neutrongrafía y preparación de radioisótopos, y es responsable de la operación del reactor nuclear y de la fuente de Cobalto-60. Además, desarrolla métodos para la conservación de alimentos mediante la irradiación con rayos Gamma.


Preservación de la Yuca (Manihot esculenta Crantz) mediante combinación de irradiación con otros métodos.


Tolerancia de las Frutas Tropicales a Combinaciones de Métodos de Preservación y de Control Cuarentenario: Irradiación y Tratamiento Térmico de Melones


Uso de Radiación Gamma para el Control de Vidrios en Productos Marinos


Promoción del Desarrollo de Actividades en el Uso de las Radiaciones Ionizantes en el Campo de los Alimentos por parte de Grupos Externos al IVIC.

Esta unidad se ocupa de la esterilización, radurización y tratamiento de mutaciones de diferentes productos, a través de la utilización de los rayos gamma.


A los fines de mantener y mejorar la productividad de la instalación, ésta jefatura y su personal se ha dedicado a vender el producto a diferentes empresas públicas y privadas, obteniéndose un beneficio que ha permitido financiar el diseño, construcción, puesta a punto y mantenimiento de la nueva consola totalmente digitalizada, más segura y con una elevada confiabilidad.


CONCLUSIONES

La energía nuclear es una forma de energía que se obtiene de la desintegración (fusión) o integración (fisión) de los átomos. Esta forma de energía es de tal magnitud que puede generar millones de watios de energía eléctrica en un solo proceso de fusión o fusión.

Dicha energía se ha utilizado de muchas formas, pero principalmente en la construcción de armamento altamente destructivo, sin embargo su uso para el beneficio de la humanidad ha sido muy satisfactorio, implementándose en la medicina, elaboración y mantenimiento de alimentos, en el mantenimiento del medio ambiente, en la industria e investigación, y en la generación de energía eléctrica.

Es de hacer notar, que sin embargo a pesar del uso pacífico que se la ha dado a la energía nuclear, no se han hecho grandes esfuerzos para liberar a la humanidad del peligro de las armas nucleares, transformándose de esta forma en un medio de destrucción masiva.

En el caso de Venezuela la implementación de este tipo de energía no esta muy difundido, ya que solo entes pertenecientes al gobierno nacional, tales como el IVIC, son los que han manejado el uso de la energía nuclear y su implementación en las áreas de agricultura, medicina e industria, siendo el IVIC la única organización de investigación científica en Venezuela que posee un reactor nuclear.

A diferencia de otros países de Latinoamérica tales como Brasil, Argentina y Chile, donde se han implementado plantas nucleares para producción de energía eléctrica, en Venezuela no se han hecho grandes esfuerzos para llevar a cabo proyectos de esta magnitud.

GLOSARIO
Electrón
Partícula elemental con carga eléctrica negativa y que forma parte de la constitución atómica. Su masa es de aproximadamente 8,54 x 10-31 kg, y su carga es de 1,6 x 10-19 Coulomb.

Fotón
Es una partícula elemental que representa una cantidad discreta de energía electromagnética. El fotón tiene masa en reposo y no tiene carga eléctrica. Hoy día se acepta el hecho de que la luz se compone de fotones que viajan a una velocidad aproximada de 300.000 km/s.

Mega Electrón Volt (Mev)
Es una unidad de energía. Se lee como "mega - electrón - volt". 1 MeV equivale a 1.000.000 de eV (electrón - volt). 1 eV es igual a 1,6 X 10-19 Joule. Un eV es la energía que experimenta un electrón cuando se encuentra en un campo eléctrico, cuya diferencia de potencial es de 1 volt.

Neutrón
Partícula elemental que no posee carga eléctrica y que forma parte de los núcleos atómicos. Cuando se desintegra, como producto de un proceso físico, emite un neutrino (partícula neutra de masa en reposo igual a 0). La masa del neutrón es de aproximadamente 1,64 x 10-27 kg.

Núcleo Atómico
El núcleo atómico es parte fundamental de la constitución del átomo. Se encuentra formado fundamentalmente por protones y neutrones, los cuales se mantienen unidos por las llamadas fuerzas nucleares. Su masa representa a casi la totalidad de la masa atómica.

Partículas Elementales
Son partículas elementales aquellas que forman parte de la estructura de los átomos, y por lo tanto representan el último constituyente de la materia.


Plasma Físico
El plasma físico es una mezcla de partículas cargadas eléctricamente. Cuando se encuentra en equilibrio, la carga negativa total del sistema es igual a la carga positiva total. Bajo estas condiciones el plasma es un medio eléctricamente neutro que conduce a la perfección la corriente eléctrica. Sin embargo, en desequilibrio surgen en el plasma campos eléctricos de gran magnitud.

Con frecuencia se reconocen dos tipos de plasmas físicos: el plasma débil y el fuertemente ionizado. El plasma débil contiene fundamentalmente electrones e iones positivos. El plasma fuertemente ionizado contiene además átomos y moléculas excitados y neutros. Si los electrones, iones, átomos y moléculas del plasma presentan diversas temperaturas se habla de la existencia de un plasma no isotérmico. Si estos componentes tienen igual temperatura se habla de un plasma isotérmico.

Protón
Partícula elemental de carga eléctrica positiva que forma parte de la estructura básica del núcleo atómico. Su masa es de 1,672 x 10-27 kg.

Reacción Nuclear En Cadena
Es una sucesión de fisiones nucleares que ocurren en forma casi simultánea. Supongamos que en una fisión nuclear se liberan 2 neutrones. Estos neutrones que se han liberado pueden fisionar 2 nuevos núcleos atómicos, de donde se liberan 4 nuevos neutrones, los que a su vez harán impacto sobre 4 núcleos atómicos, y así sucesivamente.



Relación Masa - Energía
Albert Einstein, por medio de su famosa relación E= mc2, indica que la energía y la masa son equivalentes, es decir, son una misma cosa, pero se encuentran en distinto estado. Por lo tanto, dada ciertas condiciones físicas, un cuerpo puede transformar su masa en energía.

Uranio
Mineral que se encuentra en la naturaleza bajo 150 formas diferentes. Es así como se puede presentar en forma primaria (como Uranita), en forma oxidada, o en forma refractaria. También se le puede encontrar como subproducto en la fabricación de fosfatos, en las minas de Cobre o en el agua de mar.

Las mayores reservas de Uranio se encuentran en Africa, específicamente en Namibia, Níger, Gabón y Sudáfrica. En Sudamérica destacan las reservas de Argentina y Brasil. La composición del Uranio natural es de aproximadamente 99,3% en el isótopo del Uranio 238, y de un 0,7% en Uranio 235.

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estudios de hibridacion del carbono

TRODUCCIÓN


El carbono es tan importante que existe toda una ciencia particular dedicada a su estudio. Es la química orgánica que se llama así por que empezó siendo el estudio de los organismos vivos formados por compuestos de carbono.

En la actualidad, es el estudio de todos los compuestos del carbono a excepción de los inorgánicos, como los carbonatos y el dióxido de carbono. El carbono se distingue de todos los demás elementos porque puede formar enlaces consigo mismo. De aquí que existan largas cadenas consistentes en cientos de miles de átomos de carbono. Los compuestos orgánicos se dividen en familias, como las proteínas, las grasas y los azucares.











































CONTESTE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS

¿Qué es química orgánica y que estudia?

Actualmente la química orgánica se define como la química de los compuestos del carbono, esta definición amplía su alcance, ya que incluye no solamente los compuestos que provienen de la naturaleza, si no que también los compuestos sintéticos, que son compuestos ideados por los químicos orgánicos y preparados en sus laboratorios.

Ésta estudia a los compuesto de carbono combinado con elemento como hidrógeno, oxigeno y nitrógeno.


Con respecto al carbono indique:

Su Z y su A:

Z=6 A=12,0111


El grupo y periodo al cual pertenece en la tabla periódica:

GRUPO: IVA

PERIODO: 2

Su configuración electrónica:

2s p p

Sus electrones de valencia:

Son 4 electrones de valencia.

Su abundancia en la corteza terrestre y el los seres humanos:

Corteza Terrestre = 0,03%

Seres humanos = 18%

¿A qué se llama formas alotrópicas, cuáles son las del carbono? e indique 2 características de cada una.

Las formas alotrópicas, son las distintas formas moleculares en que se presenta un elemento.

Las del carbono son 3:

GRAFITO

DIAMANTE

FULLERENO

GRAFITO

Es negro y opaco y tiene un lustre metálico y una densidad de entre 2,09 y 2,2 g/cm3. Al ser muy blando (dureza entre 1 y 2) mancha cualquier cosa que toque y tiene tacto graso o escurridizo. Cristaliza en el sistema hexagonal, no en forma de cristales bien desarrollados sino como escamas o masas irregulares grandes. Es el único material no metálico que conduce bien la electricidad; sin embargo, a diferencia de los otros conductores eléctricos, transmite mal el calor.

El efecto de la dispersión elevada es la separación de los colores de la luz blanca, de tal manera que la piedra centellea cuando se corta de forma adecuada. Algunos diamantes muestran fluorescencia (un intervalo corto de luminiscencia) cuando se exponen a la luz del sol o de otra fuente ultravioleta. Su color suele ser azul claro, pero puede ser amarillo, naranja, blanco lechoso o rojo.

DIAMANTE

Dos características importantes de los diamantes, cuando se usan como piedras preciosas, son el brillo y el fuego. Las propiedades físicas que los determinan, el índice de refracción y la dispersión, son mayores en el diamante que en cualquier otro mineral natural, transparente e incoloro. Los diamantes sin tallar tienen un lustre graso y no son brillantes; por el contrario, cuando se cortan muestran un fuerte brillo llamado técnicamente adamantino.

FULLERENO

Una de las propiedades más sorprendentes de los fullerenos es que se pueden introducir átomos de elementos en el hueco existente en la 'jaula' de átomos de carbono; así se puede obtener una versión de 'envoltura contraída' de cada elemento del sistema periódico

Otra propiedad importante es que ciertos compuestos de buckminsterfullereno (en especial el K3C60) son superconductores a bajas temperaturas. Se ha averiguado que los derivados del buckminsterfullereno son biológicamente activos y se están utilizando para atacar el cáncer: se cree que las moléculas en forma de pelota de fútbol pueden introducirse en los emplazamientos activos de las enzimas y bloquear su acción.

¿De qué compuesto existe mayor cantidad; de los orgánicos o inorgánicos y por qué?

Existe una mayor cantidad de compuestos orgánicos, estos son muy numerosos, sobre 10 millones, comparados con los compuestos inorgánicos. Esta diferencia tiene su origen en la gran capacidad del carbono para asociarse consigo mismo, formando cadenas y anillos con ramificaciones.


¿A qué se llama teoría Vitalista?

En el siglo XIX, la química orgánica se definía como la que estudiaba las sustancias de origen vegetal y animal, y los químicos estaban convencidos de que para formar compuestos orgánicos se necesitaba una fuerza vital, creencia conocida como teoría vitalista.

¿Cuáles son las propiedades de los compuestos orgánicos e inorgánicos en cuanto a:

COMPUESTOS ORGÁNICOS

COMPUESTOS INORGÁNICOS

Fuente de donde se extrae
Petróleo y carbón mineral y combustibles fósiles.
Sales minerales

Los elementos que lo forman
Carbono, Hidrogeno, Oxigeno, Nitrógeno, Azufre, Fósforo y algunos metales
Toda la tabla periódica

El enlace predominante
COVALENTE
IÓNICO

Sus puntos de fusión
Bajos , por lo general menores de 250º
Altos, sobre 750º

Su solubilidad en agua
Son insolubles en agua, pero se disuelven en solventes no polares o de baja polaridad, como el tetracloruro de carbono CCl4, el cloroformo CHCl3,etc.
Se disuelven en agua, que es un solvente polar.

Sus puntos de ebullición
Bajo, 300ºC
Sobre los 1000ºC.

La velocidad de las reacciones
De 256 veces mayor a 100º temperatura máxima.
Varían con la naturaleza de las sustancias, con la temperatura, presión, etc.

Su conductividad eléctrica
No conducen corriente eléctrica.
Conducen la corriente eléctrica, ya sean disueltos y aún sólidos o cuando se encuentran en estado líquido después de su fundición.



¿Qué dice la teoría hibridación y cómo se aplica en Química?

El átomo al presentar hibridación se siente más cómodo estructural y energéticamente. Este proceso de hibridación no es otra cosa que una combinación de orbítales de diferente energía y orientación

¿Por qué se dice que el carbono en la mayoría de sus compuestos es tetravalente?

Se dice que es tetravalente ya que tiene un número de oxidación 4; no gana ni pierde electrones sino que comparte pares de electrones en uniones covalentes.

Nombre algunos compuestos inorgánicos en que participe el carbono

La química orgánica excluye compuestos como:

Monóxido de carbono CO, Dióxido de carbono CO2, Sulfuro de carbono CS2, Carbonatos, Bicarbonatos y Cianuros, debido a que sus propiedades se asemejan mas a los compuestos inorgánicos.

¿Qué hibridaciones le ocurren al carbono?

Hibridación tetragonal

Cuando un átomo de carbono se combina con otras cuatro átomos, además de la promoción de un electrón desde el orbital 2s al 2p vacío, experimenta la hibridación del orbital 2s con los tres orbítales 2p, para originar cuatro orbítales híbridos idénticos, llamados orbítales híbridos sp3 y que tienen forma bilobulada:




y los ejes de sus cuatro lóbulos mayores se dirigen hacia los vértices de un tetraedro regular:

Esta hibridación, típica de todos los átomos de carbono unidos a otros cuatro átomos cualesquiera, supone la situación más perfecta para que el solapamiento de cada uno de los cuatro orbítales híbridos con el correspondiente orbital de los átomos unidos al átomo de carbono tetraédrico sea máxima. Ello es debido a que la forma traédrica supone la mayor distancia posible entre los cuatro orbítales híbridos y, por tanto, entre los cuatro enlaces covalentes resultantes, con lo que sus repulsiones mutuas serán mínimas y el solapamiento o interpenetración mayor. Con ello, de acuerdo con el principio de Pauling de que a mayor solapamiento corresponde mayor fuerza de enlace, los enlaces  resultantes son muy fuertes y estables.

Hibridación trigonal

En la hibridación sp2 o trigonal la mezcla o hibridación tiene lugar únicamente entre el orbital s y dos orbítales p, quedando el tercer orbital p sin hibridar. Los tres orbítales híbridos resultantes, también bilobulados se sitúan en este caso en un plano y los ejes de sus lóbulos se dirigen hacia los vértices de un triángulo equilátero, quedando el eje del orbital p sin hibridar perpendicular al plano de los tres orbítales híbridos:




Esta hibridación es típica en los átomos de carbono unidos a otros tres átomos, a uno de ellos con un enlace doble.

Hibridación digonal

La hibridación sp o digonal consiste en la hibridación del orbital s con uno de los tres orbítales p. En este caso, los dos orbítales híbridos resultantes se orientan en línea recta, formando un ángulo de 180º, quedando los otros orbítales o sin hibridar formando ángulos de 90º entre sí y con el eje de los dos orbítales híbridos sp:




Esta hibridación es la típica de los átomos de carbono unidos a otros dos átomos, bien con sendos dobles enlaces o bien con un triple enlace a uno de ellos y con uno sencillo al otro.

Otras hibridaciones

Para la interpretación de la geometría de las moléculas, la mayoría de ellas inorgánicas, con átomos con orbítales d, se han desarrollado otras hibridaciones, como la sp3d, cuyos cinco orbítales híbridos dirigen los ejes de sus lóbulos hacia los cinco vértices de un octaedro. La incidencia de estas hibridaciones entre los compuestos orgánicos es mínima.

¿Qué son los hidrocarburos y como se clasifican?

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos que contienen sólo carbono e hidrógeno. Las múltiples posibilidades de combinación del carbono se llevan a conformar cadenas y anillos, donde los átomos de carbono se pueden unir mediante enlaces simples, dobles o triples. Esta diversidad permite distinguir dos tipos de hidrocarburos: los ALIFÁTICOS y los AROMÁTICOS. Dentro de los primeros se encuentran los alcanos, lo cicloalcanos, los alquenos y los alquinos, y dentro de los aromáticos el benceno y sus derivados.

¿Qué diferencia en cuanto a su formula general hay entre alcanos, alquenos y alquinos?

La diferencia es que los

ALCANOS: es un hidrocarburo saturado con fórmula general C H (n= 1,2,3,…), que presenta sólo enlaces CC simples.

ALQUENOS: son hidrocarburos no saturado, con formula general C H (n= 2,3,..), que presenta un enlace C=C doble.

ALQUINOS: son hidrocarburos no saturado, con formula general C H (N=2,3,..).


¿Qué son los Isómeros?

HIstoria de la Química Orgánica

Química orgánica



Contenido:
1. La crisis del vitalismo
2. Los ladrillos con los que se construye la vida
3. Isómeros y radicales

1. La crisis del vitalismo
Desde el descubrimiento del fuego, el hombre estuvo inevitablemente sujeto a dividir las sustancias en dos clases, según ardiesen o no. Los principales combustibles de la antigüedad fueron la madera y las grasas o aceites. La madera era un producto del mundo vegetal, mientras que la grasa y el aceite eran productos del reino animal o del vegetal. En su mayor parte, los materiales del mundo mineral, tales como el agua, la arena y las rocas, no ardían. Tienden, más bien, a apagar el fuego.
La idea inmediata era que las dos clases de sustancias -combustibles y no combustibles- podían considerarse convenientemente como las que provenían solamente de cosas vivientes y las que no provenían de éstas. (Por supuesto, hay excepciones a esta regla. El carbón y el azufre, que parecen productos de la parte no viviente de la tierra, son combustibles.)
El creciente conocimiento del siglo xvii mostró a los químicos que el mero hecho de la combustibilidad no era todo lo que separaba a los productos de la vida de los de la no-vida. Las sustancias características del medio no-vivo pueden soportar tratamientos enérgicos, mientras que las sustancias provenientes de la materia viva -o que estuvo viva-no pueden. El agua podía hervirse y recondensarse de nuevo; el hierro o la sal podían fundirse y re-solidificarse sin cambiar. El aceite de oliva o el azúcar, sin embargo, sí se calentaban (incluso bajo condiciones que evitasen la combustión), procedían a humear y carbonizarse. Lo que quedaba no era ni aceite de oliva ni azúcar, y a partir de estos residuos no podían formarse de nuevo las sustancias originales.
Las diferencias parecían fundamentales y, en 1807, Berzelius sugirió que las sustancias como el aceite de oliva o el azúcar, productos característicos de los organismos, se llamasen orgánicas. Las sustancias como el agua o la sal, características del medio no-viviente, eran inorgánicas.
Un punto que no dejó de impresionar a los químicos fue que las sustancias orgánicas eran fácilmente convertibles, por calentamiento u otro tratamiento enérgico, en sustancias inorgánicas. El cambio inverso, de inorgánico a orgánico, era sin embargo desconocido, al menos a comienzos del siglo xix.
Muchos químicos de aquella época consideraban la vida como un fenómeno especial que no obedecía necesariamente las leyes del universo tal como se aplicaban a los objetos inanimados. La creencia en esta posición especial de la vida se llama vitalismo, y había sido intensamente predicada un siglo antes por Stahl, el inventor del flogisto. A la luz del vitalismo, parecía razonable suponer que era precisa alguna influencia especial (una «fuerza vital»), operando solamente sobre los tejidos vivos, para convertir los materiales inorgánicos en orgánicos. Los químicos, trabajando con sustancias y técnicas ordinarias y sin ser capaces de manejar una fuerza vital en su tubo de ensayo, no podrían alcanzar esta conversión.
Por esta razón, se argumentaba, las sustancias inorgánicas pueden encontrarse en todas partes, tanto en el dominio de la vida como en el de la no-vida, al igual que el agua puede encontrarse tanto en el océano como en la sangre. Las sustancias orgánicas, que precisan de la fuerza vital, solamente pueden encontrarse en conexión con la vida.
Esta opinión fue subvertida por vez primera en 1828 por el trabajo de Friedrich Wóhler (1800-82), un químico alemán que había sido discípulo de Berzelius. Wóhler, interesado particularmente por los cianuros y compuestos relacionados con ellos, calentó en cierta ocasión un compuesto llamado cianato amónico (considerado en aquella época como una sustancia inorgánica, sin ningún tipo de conexión con la materia viva). En el curso del calentamiento, Wóhler descubrió que se estaban formando cristales parecidos a los de la urea, un producto de desecho eliminado en cantidades considerables en la orina de muchos animales, incluido el hombre. Estudios más precisos mostraron que los cristales eran indudablemente urea, un compuesto claramente orgánico, sin duda.
Wóhler repitió el experimento un cierto número de veces y halló que podía convertir una sustancia inorgánica (cianato amónico) en una sustancia orgánica (urea) a voluntad. Comunicó este descubrimiento a Berzelius, y aquel hombre terco (que raramente condescendía a abandonar sus posiciones) se vio obligado a aceptar que la línea que había trazado entre lo inorgánico y lo orgánico no era tan nítida como había pensado.
La importancia del trabajo de Wóhler no debe ser sobres-timada. En sí mismo no era muy significativo. Había fundamentos para argüir que el cianato amónico no era verdaderamente inorgánico y, aunque lo fuera, la transformación de cianato amónico en urea (como finalmente se puso en claro) era simplemente el resultado de una alteración de la posición de los átomos dentro de la molécula. La molécula de urea no estaba, en ningún sentido real, construida a partir de sustancias completamente distintas.
Pero tampoco puede despreciarse el hallazgo de Wóhler. Si bien era, realmente, un hecho menor en sí mismo, sirvió no obstante para romper la influencia del vitalismo sobre el pensamiento de aquella época, y para animar a los químicos a intentar la síntesis de sustancias orgánicas, cuando de otro modo hubieran dirigido sus esfuerzos en otras direcciones.
En 1845, por ejemplo, Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-84), un alumno de Wóhler, sintetizó ácido acético, una sustancia indudablemente orgánica. Más adelante lo sintetizó por un método que mostró que puede trazarse una línea definida de transformación química desde los elementos constituyentes, carbono, hidrógeno y oxígeno, hasta el producto final, ácido acético. Esta síntesis a partir de los elementos o síntesis total es lo máximo que puede pedírsele a la química. Si la síntesis de la urea por Wóhler no dejó resuelta la cuestión de la fuerza vital, la síntesis de Kolbe sí.
Quien llevó las cosas aún más lejos fue el químico francés Pierre Eugéne Marcelin Berthelot (1827-1907). Durante la década de 1850 efectuó sistemáticamente la síntesis de compuestos orgánicos, confeccionando unas tablas. Incluían éstas sustancias tan conocidas e importantes como el alcohol metílico, alcohol etílico, metano, benceno y acetileno. Con Berthelot, cruzar la línea entre lo inorgánico y lo orgánico dejó de ser una aventurada incursión en lo «prohibido» para convertirse en algo puramente rutinario.

2. Los ladrillos con los que se construye la vida
Pero los compuestos orgánicos formados por Wóhler, Kolbe y Berthelot eran todos relativamente simples. Lo más característico de la vida eran las sustancias mucho más complejas, como el almidón, grasas y proteínas. Éstos eran menos fáciles de manejar; su exacta composición elemental no era tan fácil de determinar y en general presentaban el incipiente reino de la química orgánica como un problema realmente formidable.
Todo lo que podía decirse al principio de estas complejas sustancias era que podían escindirse en unidades o «ladrillos» relativamente simples, calentándolas con ácidos o bases diluidas. El pionero en este campo fue un químico ruso, Gottlieb Sigismund Kirchhoff (1764-1833). En 1812 logró convertir almidón (calentándolo con ácido) en un azúcar simple que llamó finalmente glucosa.
En 1820, el químico francés Henri Braconnot trató de la misma manera la gelatina y obtuvo el compuesto glicina. Se trata de un ácido orgánico que contiene nitrógeno y pertenece a un grupo de sustancias que Berzelius llamó aminoácidos. La misma glicina no fue sino el precursor de unos veinte aminoácidos diferentes, todos los cuales fueron aislados de proteínas durante el siglo siguiente.
Tanto el almidón como las proteínas poseían moléculas gigantes que estaban hechas (como finalmente se supo) de largas cadenas de unidades de glucosa o de aminoácidos, respectivamente. Los químicos del siglo xix pudieron hacer poco en el sentido de construir en el laboratorio tan largas cadenas. El caso fue distinto con las grasas.
El químico francés Michel Eugéne Chevreul (1786-1889) pasó la primera parte de una vida profesional increíblemente larga investigando las grasas. En 1809 trató jabón (fabricado por calentamiento de grasa con álcali) con ácido, y aisló lo que ahora se llaman ácidos grasos. Más tarde mostró que cuando las grasas se transforman en jabón, el glicerol se separa de la grasa.
El glicerol posee una molécula relativamente simple sobre la que hay tres puntos lógicos de anclaje para grupos de átomos adicionales. Hacia la década de 1840, por tanto, pareció bastante lógico suponer que mientras el almidón y las proteínas estaban formadas por un gran número de unidades muy sencillas, no ocurría lo mismo con las grasas. Podían construirse grasas con sólo cuatro unidades, una molécula de glicerol, más tres de ácidos grasos.
Aquí intervino Berthelot. En 1854 calentó glicerol con ácido esteárico, uno de los ácidos grasos más comunes obtenidos de las grasas, y se encontró con una molécula formada por una unidad de glicerol unida a tres unidades de ácido esteárico. Era la triestearina, que demostró ser idéntica a la triestearina obtenida a partir de grasas naturales. Este fue el producto natural más complicado sintetizado en aquella época.
Berthelot procedió a dar un paso aún más espectacular. En lugar de ácido estárico tomó ácidos que eran semejantes, pero que no se habían obtenido a partir de grasas naturales. Calentó estos ácidos con glicerol y obtuvo sustancias muy parecidas a las grasas ordinarias pero distintas a todas las grasas conocidas en la naturaleza.
Esta síntesis mostró que el químico podía hacer algo más que reproducir los productos de los tejidos vivos. Podía ir más allá y preparar compuestos análogos a los orgánicos en todas sus propiedades, pero que no eran ninguno de los productos orgánicos producido en los tejidos vivos. Durante la segunda mitad del siglo xix estos aspectos de la química orgánica fueron llevados a alturas verdaderamente asombrosas. (Ver capítulo 10.)
No es de extrañar que hacia mediados del siglo xx la división de los compuestos en orgánicos e inorgánicos sobre la base de la actividad de los tejidos vivos se quedase anticuada. Existían compuestos orgánicos que nunca habían sido sintetizados por un organismo. No obstante, la división era todavía útil, puesto que quedaban importantes diferencias entre las dos clases, tan importantes que las técnicas de la química orgánica eran totalmente diferentes de las de la química inorgánica.
Empezó a verse cada vez más claro que la diferencia residía en la estructura química, puesto que parecían estar implicados dos tipos de moléculas totalmente distintos. La mayoría de las sustancias inorgánicas que manejaban los químicos del siglo xix poseían pequeñas moléculas formadas por dos a ocho átomos. Había muy pocas moléculas inorgánicas que alcanzasen una docena de átomos.
Hasta las más sencillas de las sustancias orgánicas tenían moléculas formadas por una docena de átomos o más; la mayoría por varias docenas. En cuanto a las sustancias como el almidón y las proteínas, poseían literalmente moléculas gigantes que pueden contar sus átomos por cientos y aun cientos de miles.
No es de extrañar, pues, que las complejas moléculas orgánicas pudieran romperse fácilmente y de modo irreversible incluso por fuerzas ruptoras poco enérgicas, tales como el calentamiento suave, mientras que las moléculas inorgánicas sencillas se mantenían firmes incluso bajo condiciones muy duras.
También resultó cada vez más necesario señalar que todas las sustancias orgánicas, sin excepción, contenían uno o más átomos de carbono en su molécula. Casi todas contenían también átomos de hidrógeno. Como el carbono y el hidrógeno eran inflamables, no resultaba sorprendente que los compuestos de los que forman una parte tan importante fueran también inflamables.
Fue el químico alemán Friedrich August Kekulé von Stradonitz (1829-86), generalmente conocido como Kekulé, quien dio el paso lógico. En un libro de texto publicado en 1861 definió la química orgánica simplemente como la química de los compuestos de carbono. La química inorgánica era entonces la química de los compuestos que no contenían carbono, definición que ha sido generalmente aceptada. Sigue siendo cierto, no obstante, que algunos compuestos de carbono, entre ellos el dióxido de carbono y el carbonato cálcico, se parecen más a los compuestos típicos inorgánicos que a los orgánicos. Tales compuestos de carbono se tratan generalmente en los libros de química inorgánica.

3. Isómeros y radicales
Los compuestos inorgánicos sencillos implicados en los grandes avances químicos del siglo xviii recibieron fácil interpretación en términos atómicos. Parecía suficiente indicar los distintos tipos de átomos presentes en cada molécula y el número de cada uno de ellos. Podía escribirse la molécula de oxígeno como 0 2 , el cloruro de hidrógeno como ClH, el amoniaco como NH 4 el sulfato de sodio como S0 4 Na 2 , etc.
Tales fórmulas, que no dan más que el número de átomos de cada tipo presentes en la molécula, se llaman fórmulas empíricas (la palabra «empírico» significa «determinado por experimentación»). Era natural creer, en la primera mitad del siglo xix, que cada compuesto tenía una fórmula empírica propia, y que dos compuestos distintos no podían tener la misma fórmula empírica.
Las sustancias orgánicas, con sus grandes moléculas, resultaron engorrosas desde el principio. La fórmula empírica de la morfina (un compuesto orgánico bastante simple si se lo compara, por ejemplo, con las proteínas) se sabe ahora que es C 17 H 19 N0 3 . Con las técnicas de principios del siglo xviii habría sido muy difícil, quizás incluso imposible, decidir si la correcta era esa o, digamos, C 16 H 20 NO 3 . La fórmula empírica del ácido acético, mucho más simple (C 2 H 4 0 2 ) que la de la morfina, provocó grandes controversias en la primera mitad del siglo xix. Sin embargo, para aprender algo acerca de la estructura molecular de las sustancias orgánicas, los químicos tenían que empezar por las fórmulas empíricas.
En 1780, Lavoisier trató de determinar las proporciones relativas de carbono e hidrógeno en compuestos orgánicos quemándolos y pesando el dióxido de carbono y el agua que producían. Sus resultados no fueron muy precisos. En los primeros años del siglo XIX, Gay-Lussac, descubridor de la ley de los volúmenes de combinación, y su colega el químico francés Louis Jacques Thénard (1777-1857), introdujeron una mejora. Mezclaron la sustancia orgánica con un agente oxidante, tal como el clorato de potasio. Al calentarla, esta combinación produjo oxígeno que, íntimamente mezclado con la sustancia orgánica, provocó su más rápida y completa combustión. Recogiendo el dióxido de carbono y el agua formados, Gay-Lussac y Thénard pudieron determinar las proporciones relativas de carbono y de hidrógeno en el compuesto original. Con la teoría de Dalton recién presentada, esta proporción podía expresarse en términos atómicos.
Muchos compuestos orgánicos están formados únicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Una vez medidos el carbono y el hidrógeno y dando por supuesta la presencia de oxígeno para explicar cualquier residuo, podía determinarse a menudo la fórmula empírica. Hacia 1811 Gay-Lussac había obtenido, por ejemplo, las fórmulas empíricas de algunos azúcares simples.
Este procedimiento fue posteriormente mejorado por un químico alemán, Justus von Liebig (1803-73), quien, en 1831, obtuvo como resultado fórmulas empíricas claramente fiables. Poco después, en 1833, el químico francés Jean Baptiste André Dumas (1800-84) ideó una modificación del método que permitía al químico recoger también el nitrógeno entre los productos de combustión. De esta manera podían detectarse las proporciones de nitrógeno en una sustancia orgánica.
Estos pioneros del análisis orgánico obtuvieron en el curso de sus investigaciones resultados que acabaron con la creencia en la importancia de la fórmula empírica. Ocurrió de esta manera:
En 1824, Liebig estudió un grupo de compuestos, los fulminatos, mientras Wóhler (que después sería íntimo amigo de Liebig y que pronto sintetizaría la urea, ver pág. 102) estaba estudiando otro grupo de compuestos, los cianatos. Ambos enviaron informes de su trabajo a una revista editada por Gay-Lussac.
Gay-Lussac notó que las fórmulas empíricas dadas para estos compuestos eran idénticas y que, sin embargo, las propiedades descritas eran muy diferentes. Por ejemplo, el cianato de plata y el fulminato de plata constan ambos de moléculas que contienen un átomo de plata, carbono, nitrógeno y oxígeno.
Gay-Lussac comunicó esta observación a Berzelius, a la sazón el químico más famoso del mundo; pero Berzelius descubrió que dos compuestos orgánicos, el ácido racémico y el ácido tartárico, si bien poseían propiedades diferentes, parecían tener la misma fórmula empírica (que ahora se sabe es G 4 H 6 0 6 ).
Como los elementos estaban presentes en estos diferentes compuestos en las mismas proporciones, Berzelius sugirió que tales compuestos se llamasen isómeros (de la palabra griega que significa «iguales proporciones»), y la sugerencia fue adoptada. En las décadas siguientes se descubrieron otros casos de isomería.
Parecía claro que si dos moléculas estaban hechas del mismo número de cada tipo de átomos, y si poseían propiedades distintas, la diferencia debería residir en el modo como los átomos estaban enlazados dentro de la molécula. En el caso de las moléculas sencillas de los compuestos inorgánicos mejor conocidos, podía ocurrir que sólo fuera posible un ordenamiento de los átomos en la molécula. Por esa razón, no podían darse isómeros, y la fórmula empírica sería suficiente. Así, H 2 0 sería agua y nada más que agua.
Sin embargo, en las moléculas orgánicas más complicadas, había lugar para diferentes ordenamientos y, por tanto, para isómeros. En el caso de los cianatos y fulminatos, los diferentes ordenamientos son fáciles de descubrir, pues cada molécula no contiene más que unos pocos átomos. El cianato de plata puede escribirse AgOCN, mientras que el fulminato es AgNCO.
Aquí solamente intervienen cuatro átomos. Cuando la cantidad es mayor, el número de ordenamientos posibles se hace tan grande que es realmente difícil decidir cuál de ellos corresponde a cada compuesto. Incluso el caso del ácido racémico y el ácido tartárico, con dieciséis átomos en sus moléculas, eran demasiado difícil de manejar en la primera mitad del siglo xix. La situación se volvería simplemente imposible (así debió parecer entonces) al considerar moléculas aún mayores.
El problema de la estructura molecular tendría que haber sido abandonado sin esperanza, tan pronto como se detectó la verdadera naturaleza del problema, de no haber surgido una posibilidad de simplificación.
A partir de 1810 Gay-Lussac y Thénard trabajaron con cianuro de hidrógeno (CNH), demostrando que era un ácido, aunque no contenía oxígeno (esto, junto con el descubrimiento casi simultáneo de Davy sobre el mismo hecho referido al ácido clorhídrico, refutaba la creencia de Lavoisier de que el oxígeno era el elemento característico de los ácidos), Gay-Lussac y Thénard hallaron que la combinación CN (el grupo cianuro) podía desplazarse de un compuesto a otro sin que se separasen los átomos de carbono y nitrógeno. En efecto, la combinación CN actuaba del mismo modo que un átomo aislado de cloro, bromo, etc., hasta el punto de que el cianuro sódico (CNNa) tenía algunas propiedades en común con el cloruro sódico (CINa) y el bromuro sódico (BrNa).
Tal grupo de dos (o más) átomos que permanecían combinados al pasar de una molécula a otra se denominó un radical, vocablo que proviene de la palabra latina que significa «raíz». La razón de este nombre estaba en la creencia de que las moléculas podían construirse a partir de un número limitado de combinaciones de átomos pequeños. Los radicales serían entonces las «raíces» a partir de las cuales la molécula crecería, por así decirlo.
Desde luego, el grupo CN era muy sencillo, pero Wóhler y Liebig, trabajando juntos, describieron un caso mucho más complejo. Descubrieron que el grupo benzoílo podía traspasarse de una molécula a otra sin ser destruido. La fórmula empírica del grupo benzoílo se sabe actualmente que es C 7 H 5 0.
En resumen, comenzó a verse que para resolver el misterio estructural de las grandes moléculas había que resolver primero las estructuras de determinado número de radicales diferentes. Las moléculas podrían después construirse sin mucha dificultad (así se esperaba) a partir de los radicales. ¡Las cosas prosperaban!