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Del Big Bang a la Cocina

Charla Módulo Presencial Química 2013
by

Exequiel Porta

on 12 March 2014

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Transcript of Del Big Bang a la Cocina

Lic. Exequiel Porta
A LA COCINA
DEL BIG BANG
Big Bang
Momentos del Big Bang
Compuestos
En química, un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica. Una característica esencial es que tiene una fórmula química. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno en la razón de 2 a 1 (en número de átomos): H2O
ESTADO INCIAL
PLANETA TIERRA
- Formada hace 4550 millones de años atrás
- Formación de la Luna: la teoría del gran impacto
- La desgasificación de la corteza y la actividad volcánica produjeron la atmósfera primordial de la Tierra
- La condensación de vapor de agua, junto con el hielo y el agua líquida aportada por los asteroides y por protoplanetas, cometas y objetos transneptunianos produjeron los océanos.
- "Paradoja del joven sol débil"
- Estado reductor de la atmósfera
- 3500 y 3800 millones de años existió el último antepasado común universal (LUCA), hace 4000 millones de años existió el primer organismo autorreplicativo
Hace 3500 millones de años
El desarrollo de la fotosíntesis permitió que los seres vivos recogiesen de forma directa la energía del Sol; el oxígeno resultante acumulado en la atmósfera formó una capa de ozono (una forma de oxígeno molecular [O3]) en la atmósfera superior. La incorporación de células más pequeñas dentro de las más grandes dio como resultado el desarrollo de las células complejas llamadas eucariotas. Los verdaderos organismos multicelulares se formaron cuando las células dentro de colonias se hicieron cada vez más especializadas. La vida colonizó la superficie de la Tierra en parte gracias a la absorción de la radiación ultravioleta por parte de la capa de ozono.
Hidróxidos
Los hidróxidos son un grupo de compuestos químicos formados por un metal y uno o varios aniones hidroxilos, en lugar de oxígeno como sucede con los óxidos.
Oxoácidos
De forma genérica, los oxácidos son la combinación de los óxidos de los no metales (óxidos ácidos), a excepción del Cr y el Mn, con 1, 2 ó 3 moléculas de agua
Era de Planck
~10e-43 segundos después del Big Bang (Tiempo de Planck). En ese momento todo el universo observable hoy en día tendría en aquel entonces unos 10e-33 cm (
es decir, unas 100 trillones de veces más pequeño que un átomo
), aunque ¡
el Universo entero bien podría ser infinito!.
La temperatura característica sería de unos
10e32 grados.
La física de estos instantes es altamente especulativa. La gravedad empieza a ser una fuerza relevante en las interacciones cuánticas y una descripción de lo sucedido antes de ese instantes (cualquier cosa que eso significque) necesita de una teoría cuántica de la gravedad.
~10e-36 segundos después del Big Bang. Ruptura espontánea de la simetría donde las interacción nuclear fuerte y la interacción electrodébil dejan de ser una sóla interacción.
Era GUT (Gran Unificación)
~10e-35 segundos después del Big Bang. Comienza un periodo de expansión exponencial conocido como periodo inflacionario. La temperatura característica es de unos 10e27 grados.
~10e-33 segundos después del Big Bang. Termina el periodo inflacionario.
La energía de vacío que impulsa la expansión acelerada del universo es materializada en partículas subatómicas.
Cada región del universo del tamaño de Planck ha aumentado vertiginosamente rápido hasta alcanzar una tamaño del orden de unos
100 cm.
Las fluctuaciones cuánticas aleatorias producidas durante el periodo inflacionario se amplifican por la tremenda expansión creando las irregularidades inciales que que terminarán por condensar materia y formar las semillas que darían origen a las estructuras galácticas. La tremenda energía liberada por el cambio de estado del universo convierte la energía almacenada en el inflatón (campo cuántico que impulsa la expasión exponencial) en partículas subatómicas (proceso conocido como recalentamiento).
~10e-32 s después del Big Bang. Bariogénesis o creación de bariones.
Las reacciones de protones y antiprotones están descompensadas a favor de los protones de tal manera que hay 100,000,001 protones por cada 100,000,000 antiprotones (y 100,000,000 fotones).
La temperatura característica es del orden de 10e26 K
Era Electrodébil

~10e-11 s después del Big Bang. Tiene lugar una transición de fase donde la interacción electrodébil se desacopla en las interacciones nuclear débil e interacción electromagnética por un proceso de ruptura espontánea de la simetría. La temperatura característica es de unos 10e15 K. Podemos decir que a partir de este momento se puede describir el estado del universo utilizando física estándar relativamente bien conocida.
El tamaño del universo observable hoy es entonces del tamaño del Sistema Solar.
Era Hadrónica

~10e-6 s. Empieza la aniquilación de electrones y positrones.
~10e-5 s. Recombinación de los hadrones.
Se forman protones y neutrones a partir del plasma original de quarks y gluones.
~10-4 s. Los neutrinos empiezan a viajar libremente.~0.0001 segundos después del Big Bang. El universo se ha enfriado hasta 10e13

grados. Los antiprotones aniquilan los protones produciendo una gran cantidad de fotones por cada protón y neutrón superviviente.
Podemos decir que a partir de este momento el escenario está perfectamente descrito por física estándar.

Era Leptónica

~1 segundo después del Big Bang la temperatura desciende hasta los 10e10 grados.
La proporción protones/neutrones es de 6 a 1.
El universo ha crecido hasta algunas decenas de años luz .
Nucleosíntesis

~100 segundos después del Big Bang. La temperatura es de mil millones de grados. Los electrones y positrones se aniquilan mutuamente para crear más fotones,
mientras protones y neutrones se combinan formando deuterones.
Casi todo los deuterones se combinan para producir núcleos de helio. El resultado final es un fracción en masa de 3/4 de núcleos de hidrógeno y 1/4 de helio, quedando sólo una fracción deuterio/hidrógeno de 30 partes por millon. La cantidad de fotones por nucleón es de unos dos mil millones.
~Un mes después del Big Bang los procesos que convierten la radiación en perfectamente térmica con un espectro de cuerpo negro se producen más lentamente que la propia expansión del universo. El fondo cósmico de microondas mantiene información de esta época.
~10,000 años después del Big Bang la temperatura ha caído hasta unos 25,000 grados. Las irregularidades producidas por la materia oscura pueden empezar a colapsar para formar las semillas gravitatorias de las estructuras galácticas.
Unos 300,000 años después del Big Bang l
a temperatura cae hasta unos 3500 grados.
Los electrones y protones se combinan formando átomos de hidrógenos
y la radiación se va poco a poco desacoplando de la materia hasta que ésta puede viajar libremente cuando la temperatura cae hasta unos 3000 grados. La materia bariónica ordinaria (formada por protones y neutrones) puede caer hacia los cúmulos de materia oscura. Estas irregularidades quederán plasmadas en el fondo cósmico de microondas.
Era de las galaxias

~100-200 millones de años después del Big Bang se forman las primeras estrellas. Se sintetizan los primeros elementos pesados (carbono, oxígeno, nitrógeno, silicio, magnesio y hierro) que son esparcidos por el espacio por las explosiones de estas estrellas moribundas en forma de supernovas.

Se empiezan a formar las galaxias como agrupamientos de materia oscura. Estrellas y gas se acumulan en estos agrupamientos.

Se forman los cúmulos de galaxias.

Hace 4600 millones de años se forma el Sistema Solar y el Sol.

Hace 3500 millones de años, aparecen las primeras formas de vida de las que se tiene noticia.

Hoy en día: 12-15 mil millones de años después del Big Bang. La temperatura típica es de 2.725 grados por encima del cero absoluto. La esfera de 10e-33 cm en el tiempo de Planck se ha convertido en una esfera que abarca unos 10e29 cm (unos 100,000 millones de años luz), mayor que el universo observable .
Valencia
La valencia, también conocida como número de valencia, es una medida de la cantidad de enlaces químicos formados por los átomos de un elemento químico.
Elementos
Es un átomo con características físicas únicas, aquella sustancia que no puede ser descompuesta mediante una reacción química, en otras más simples.

Definido por número de PROTONES
HIDRUROS NO METÁLICOS - HIDRÁCIDOS
Son compuestos formados por hidrógeno y un elemento no metálico. El no metal siempre actúa con su menor número de valencia, por lo cual cada uno de ellos forma un solo hidruro no metálico. Generalmente se encuentran en estado gaseoso a la temperatura ambiente. Algunos manifiestan propiedades ácidas, tales como los hidruros de los elementos flúor, cloro, bromo, yodo, azufre, selenio y telurio
Oxígeno
- Tercer elemento más abundante del universo
- Segundo elemento más electronegativo
- Altamente reactivo que forma fácilmente compuestos (especialmente óxidos) con la mayoría de elementos, excepto con los gases nobles helio y neón
Óxidos
- Un óxido es un compuesto binario que contiene uno o varios átomos de oxígeno (el cual, normalmente, presenta un estado de oxidación -2), y otros elementos.
- Los
óxidos básicos
se forman con un metal más oxígeno, los óxidos de elementos menos electronegativos tienden a ser básicos. En contacto con agua tienden a formar hidróxidos.

- Los
óxidos ácidos
se forman con un no metal más oxígeno, los óxidos de elementos más electronegativos tienden a ser ácidos. En contacto con agua tienden a formar oxoácidos.

-

Los
óxidos neutros
se forman por combinacion de oxígeno con metales y no metales, pero al mezclarse con agua no reaccionan, por lo que no forman ni hidróxidos y ni oxoácidos.

- Los
óxidos anfóteros:
En Química, una sustancia anfótera es aquella que puede reaccionar ya sea como un ácido o como una base. La palabra deriva del prefijo griego ampho que significa "ambos". Muchos metales (tales como zinc, estaño, plomo, aluminio, y berilio) y la mayoría de los metaloides tienen óxidos o hidróxidos anfóteros.
m
Tienen sabor agrio como en el caso del ácido cítrico en la naranja y el limón.
Cambian el color del papel tornasol azul a rosa, el anaranjado de metilo de anaranjado a rojo y deja incolora a la fenolftaleína.
Son corrosivos.
Producen quemaduras de la piel.
Son buenos conductores de electricidad en disoluciones acuosas.
Reaccionan con metales activos formando una sal e hidrógeno.
Reaccionan con bases para formar una sal más agua.
Reaccionan con óxidos metálicos para formar una sal más agua.
Sales
- Sal Binaria (Sales de uro)
Una sal es un compuesto químico formado por cationes (iones con carga positiva) enlazados a aniones (iones con carga negativa). Son el producto típico de una reacción química entre una base y un ácido, la base proporciona el catión y el ácido el anión.
- Sal Terciaria
- Sal Neutra
- Sal Ácida
- Sal Básica
De forma genérica las sales binarias son la combinación
metales
con
no metales.
Para la formulación de estas sales, los no metales utilizan como valencia la cantidad de H perdidos (uno o dos).Colocamos primero el metal y después el no metal de esta forma:
n
m
Nomenclatura:
No metal (terminado en uro) seguido del metal
Ejemplo:
NaCl
Cloruro de Sodio
La sal es la única roca comestible por el hombre y es posiblemente el condimento más antiguo empleado por el ser humano
De forma genérica las sales ternarias son el resultado de sustituir todos los hidrógenos de un
oxácido
por un
metal.
Una sal ox(o)ácida, oxosal u oxisal es el resultado de la combinación de un
hidróxido
con un
ácido oxácido
Nomenclatura:
Anión del Oxoácido del que deriva (si el oxoácido tiene sufijo -oso la sal toma el sufijo - ito. Si el sufijo es -ico, en la sal es -ato. Prefijos Hipo o Per se respetan.

"El pico del pato es hermoso y chiquito"
Ejemplo:
Fe2(SO4)3
Sulfato Férrico o Sulfato de Hierro (III)
2
n
Según Naturaleza del Óxido
Se forman por la combinación de óxido básico con agua
Nomenclatura:
Hidróxido de [nombre del Metal] (Valencia)
NaOH: Hidróxido de Sodio
AGUA
El agua (del latín aqua) es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre.
m
En estado gaseoso son Hidruros no metálicos y se nombran como No metal terminado en URO de Hidrógeno
En estado acuoso
Hidruros Metálicos
Son el resultado de la unión de un
metal
con el
hidrógeno.
m
Nomenclatura:
Se nombran como Hidruro de [Metal] (Valencia)
Las sales ácidas, básicas o neutras se forman dependiendo el medio en donde se encuentren. En procesos de neutralización (formación de agua a partir de los protones del ácido y los hidroxilos de la base) la sal formada puede contener en su estructura protones (
H+
), siendo una
sal ácida
en ese caso; o hidroxilo (
OH-
), siendo una
sal básica
en ese caso.
A continuación se hace reaccionar el ácido fosfórico con el hidróxido férrico

Escribir todas las sales posibles capaz de formarse. Escribir la reacción de obtención de estas sales y balancearlas en forma correcta
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