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GIF La química orgánica es la rama de la química que estudia las moléculas orgánicas. Estas moléculas se caracterizan por tener un esqueleto de átomos de carbono al cual se le unen otros átomos como oxígeno, nitrógeno, azufre, hidrógeno y fósforo. La mayoría de los enlaces en estas moléculas son del tipo covalente; en este tipo de enlace los electrones se comparten, a diferencia de los enlaces iónicos en donde hay una transferencia de electrones desde un átomo a otro. Los átomos de carbono, pueden formar cadenas de más de 1000 carbonos (Kiliano), cuya forma es determinada y sistemática (fija). Este esqueleto determinado, es el que da el nombre al compuesto formado. También tienen la particularidad de formar ciclos, respetando siempre las cuatro valencias del átomo cubriendo las que quedan libres con átomos de hidrógenos. Clases de carbono dependiendo de donde se encuentra ubicado en la cadena Funcion Quimica Es el conjunto de propiedades que se pueden asignar a una agrupación determinada de átomos en la molécula de la sustancia compuesta. A esa agrupación de átomos se la asigna con el nombre de grupo funcional. Dentro de la Química Inorgánica encontramos óxidos (básicos-ácidosanfóteros-neutros), ácidos (oxácidos e hidrácidos), sales, etc. Dentro de la Química Orgánica tendremos hidrocarburos, que pueden presentarse en forma lineal o cíclica. Cada hidrocarburo en particular tiene su función química, dando distintos compuestos: alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, esteres, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos orgánicos, aminas, amidas, nitrilos, etc Hidrocarburos Las propiedades de los hidrocarburos es que los átomos de carbono se unen entre sí por una o varias uniones del tipo covalente (no iónica o electrovalente), utilizando las valencias residuales para ligarse con átomos de hidrógeno. De esta manera, determinan una numerosa variedad de compuestos que por estar constituidos únicamente por carbono e hidrógeno reciben el nombre de hidrocarburos. Según lo conocido, la literatura química registra más de 2 mil hidrocarburos clasificados en dos grandes grupos según la disposición de los átomos de carbono que se hallan entre sí formando cadenas o ciclos. Las uniones entre los átomos de carbono pueden hacerse por: Enlace simpleintercambio de una sola valencia entre átomo y átomo de carbono;Enlace doble intercambio de 2 valencias entre átomo y átomo de carbono; yEnlace triple intercambio de 3 valencias. Alcanos son compuestos que tienen solamente átomos de carbono e hidrogeno. La fórmula general para los alcanos (cadenas lineales) es: Estos hidrocarburos no presentan en su formación grupos funcionales. Para nombrarlos utilizamos lo prefijos: Algunas propiedades de estos Alcanos son: El estado físico de los 4 primeros alcanos: metano, etano, propano y butano, es gaseoso. Del pentano al hexadecano (16 átomos de carbono) son líquidos y a partir de heptadecano (17 átomos de carbono) son sólidos.El punto de fusión, de ebullición y la densidad aumentan conforme aumenta el número de átomos de carbono.Son insolubles en aguaPueden emplearse como disolventes para sustancias poco polares como grasas, aceites y ceras.El gas de uso doméstico es una mezcla de alcanos, principalmente propano. El gas de los encendedores es butano.El principal uso de los alcanos es como combustibles debido a la gran cantidad de calor que se libera en esta reacción.Ahora vamos a lo importante y lo que mas problemas suele traernos, como se nombran estos compuestos? Nomenclatura La base del nombre fundamental, es la cadena continua más larga de átomos de carbono.La numeración se inicia por el extremo más cercano a una ramificación. En caso de encontrar dos ramificaciones a la misma distancia, se empieza a numerar por el extremo más cercano a la ramificación de menor orden alfabético. Si se encuentran dos ramificaciones del mismo nombre a la misma distancia de cada uno de los extremos, se busca una tercera ramificación y se numera la cadena por el extremo más cercano a ella.Si se encuentran dos o más cadenas con el mismo número de átomos de carbono, se selecciona la que deje fuera los radicales alquilo más sencillos. En los isómeros se toma los lineales como más simples. El n-propil es menos complejo que el isopropil. El ter-butil es el más complejo de los radicales alquilo de 4 carbonos.Cuando en un compuesto hay dos o más ramificaciones iguales, no se repite el nombre, se le añade un prefijo numeralEstos prefijos numerales son: Se escriben las ramificaciones en orden alfabético y el nombre del alcano que corresponda a la cadena principal, como una sola palabra junto con el último radical. Al ordenar alfabéticamente, los prefijos numerales y los prefijos n-, sec- y ter- no se toman en cuenta.Por convención, los números y las palabras se separan mediante un guión, y losnúmeros entre sí, se separan por comas. Radicales alquilo Cuando alguno de los alcanos pierde un átomo de hidrógeno se forma un radical alquilo. Estos radicales aparecen como ramificaciones sustituyendo átomos de hidrógeno en las cadenas. Los radicales alquilo de uso más común son: Las líneas rojas indican el enlace con el cual el radical se une a la cadena principal. Esto es muy importante, el radical no puede unirse por cualquiera de sus carbonos, sólo por el que tiene el enlace libre. Aca vemos un ejemplo de como se realizan las nomenclaturas de los distintos Alcanos con sus ramificaciones. Hidrocarburos saturados- Alquenos Los alquenos son compuestos que tienen enlace doble entre dos carbonos y su fórmula general es: Un ejemplo viene a ser el 1-Buteno que tiene la siguiente formula desarrollada Para nombrar a los alquenos se le coloca un número delante del nombre, que identifica la posición del doble enlace, comenzando a contar el número del carbono por el lado de la cadena más corta. Por ejemplo Ejemplos de Alquenos con ramificaciones Alquinos Los alquinos son compuestos que tienen enlace triple entre dos carbonos y su fórmula general es: Ejemplo con el 1 - Butino La forma de nombrar alquinos es igual que la de nombrar Alquenos. Hidrocarburos aromaticos policiclicos El benceno (C6H6) es un compuesto cíclico de forma hexagonal, compuesto por 6 átomos de carbono y 6 de hidrógeno y tres dobles enlaces alternados. Cada vérticedel hexágono, representa un átomo de carbono, al cual está unido un hidrógeno para así completar los cuatro enlaces del carbono. Nomenclatura de compuestos aromáticos di-sustituídos La terminación sistémica de los compuestos aromáticos es benceno, palabra que se une al último sustituyente. En los compuestos di-sustituídos, dos átomos de hidrógeno han sido reemplazados por radicales alquilo, átomos de halógenos o algún otro grupo funcional como –OH (hidroxi), –NH2 (amino) o –NO2 (nitro) que son los que se utilizarán en los ejemplos. Los sustituyentes pueden acomodarse en 3 posiciones diferentes. Para explicarlas utilizaremos un anillo aromático numerado en el siguiente orden: Las tres posiciones son: Ejemplos: Nomenclatura de compuestos aromáticos poli-sustituidos Con este nombre se conocen los derivados aromáticos en los cuales se han remplazado 3 o más hidrógenos por otros grupos o átomos. En estos casos es necesario numerar el anillo bajo las siguientes reglas. El número 1 corresponde al radical con menor orden alfabético.La numeración debe continuarse hacia donde este el radical más cercano para obtener la serie de números más pequeña posible. Si hay dos radicales a la misma distancia, se selecciona el de menor orden alfabético; si son iguales se toma el siguiente radical más cercano.Todos los átomos de carbono deben numerarse, no solo los que tengan sustituyente.Al escribir el nombre se ponen los radicales en orden alfabético terminando con la palabra benceno.Como en los compuestos alifáticos, utilizamos comas para separar números y guiones para separar números y palabras. Ejemplos Bueno hasta aca llegamos por ahora! Tenemos cubiertas las bases para poder seguir hablando sobre Aldehidos, Cetonas, Acidos Organicos y demas para la proxima. Lo importante es dejar una base solida para poder seguir comprendiendo los temas proximos, espero que les sirva y les guste, cualquier critica constructiva es aceptada, si hay errores por favor avisen y lo veo. Muchas gracias por pasarse! Si necesitan ayuda con Fisica (I y II) o con Quimica, pasense por mis posts que ya hay hecho! Hasta la proxima.

GIF Compuestos Óxidos: Son compuestos binarios donde participa el oxígeno en combinación con cualquier otro elemento, menos con los gases nobles. Existen diferentes tipos de óxidos, dependiendo de si el elemento combinado con el oxígeno es metálico o no, clasificándose así en óxidos básicos y óxidos ácidos. También existen los llamados, peróxidos, pues el oxígeno tiene valencia -2, menos en este grupo, donde el oxígeno participa con valencia -1. Óxido básico:Fe2O3 : Trióxido de hierro ( siguiendo la nomenclatura sistemática) Óxido de hierro (III) ( según la nomenclatura de Stock) Óxido férrico ( en la nomenclatura tradicional) Óxido ácido ( también conocidos con el nombre de anhídrido) SO3 : Trióxido de azufre ( nomenclatura sistemática) Óxido de azufre (VI) ( nomenclatura de Stock) Anhídrido sulfúrico ( nomenclatura tradicional) Peróxidos:H2O2 : Dióxido de dihidrógeno (nomenclatura sistemática) Óxido de hidrógeno (nomenclatura de Stock) Peróxido de hidrógeno (nomenclatura tradicional) Hidruros: Los hidruros son compuestos binarios donde se combina el hidrógeno con un metal. En estos casos, el hidrógeno siempre participa con la valencia, -1. Se nomina con la palabra hidruro añadiendo el nombre del metal con los prefijos de –oso o –ico, según el caso. Ejemplo: NiH3 ↦ trihidruro de níquel, hidruro de niquel (III), o hidruro niquélico Hidruros no metálicos e hidrácidos: Son compuestos binarios de carácter ácido, en el caso de los hidrácidos, y compuestos que se encuentran formados por el hidrógeno y un no metal (halógenos, usando generalmente la valencia -1 y grupo 16, participando con la valencia -2). Los hidruros no metálicos se nominan añadiendo el sufijo –uro, más la palabra hidrógeno, con la sílaba “de”. Ejemplo: HF ↦ ácido fluorhídrico o fluoruro de hidrógeno. Boranos: Son compuestos donde participa el hidrógeno y el boro, diguiendo la fórmula general BnHn+4. Estos compuestos se nominan con unas reglas especificas de nomenclatura, usando la palabra borano, con un prefijo numérico dependiente de la cantidad de boranos que se encuentren presentes en la molécula. Ejemplo: BH3 ↦ borano o también monoborano B3H7 ↦ triborano. Al igual que los boranos, existen otras combinaciones similares, con otros elementos como el silicio, dando los compuestos conocidos como Silanos, o Germanos, en el caso de compuestos con el germanio y el hidrógeno. También hay hidruros con elementos nitrogenoides, como el caso del famoso amoníaco ( NH3), conociéndose generalmente a éstos por nombres propios, como la fosfina, la arsina, etc. Existen otros muchos tipos de compuestos, como las sales ( ácidas, básicas, mixtas…), hidróxidos, peroxoácidos, etc… Ácidos y bases Desde la Antigüedad se conocen distintas sustancias de características especiales y de gran interés práctico que hoy conocemos como ácidos y bases. Ácidos y bases son reactivos químicos muy comunes y gran parte de su química se desarrolla en medio acuoso. Las reacciones en las que participan estas especies de denominan reacciones ácido-base, y su estudio requiere la aplicación de los principios del equilibrio químico a disoluciones. En estas reacciones, el disolvente juega un papel muy importante, ya que ácidos y bases intercambian protones con él, es por ello, que también se denominan reacciones de trasferencia de protones. Teoría de Arrhenius: El químico sueco, Svante Arrhenius, en 1884, presentó su teoría de disociación iónica, la cual decía, que muchas sustancias que se encontrasen en disolución acuosa experimentaban una ruptura o disociación en iones positivos y negativos. De éste modo, sales como pueden ser, bromuro de calcio o sulfato de cesio, se disocian de la siguiente forma: CaBr2 ↦ Ca 2+ + 2 Br – CS 2 SO 4 ↦ 2 Cs + + SO4 2- Estas disociaciones iónicas, también conocidas como disociaciones electrolíticas, demuestran la conductividad eléctrica de las disoluciones en medio acuoso de muchas sustancias que reciben el nombre de electrólitos. En esta teoría Arrhenius definió ácidos y bases como: Ácido: es toda sustancia que en disolución acuosa se disocia con formación de iones hidrógeno, H+ Base: sería toda sustancia que en disolución acuosa se disocia con formación de iones hidróxido, OH- Siguiendo la teoría, las reacciones de neutralización ácido-base, tienen lugar cuando un ácido reacciona totalmente con una base, produciéndose una sal más agua. Se llega así a la conclusión de que una reacción de neutralización consiste en la combinación del ión H+ del ácido, con el ión OH- de la base para producir H2O no disociada. Teoría de Brönsted-Lowry En el año 1923, J.N.Brönsted y T.M. Lowry, proponen por separado, pero casi simultáneamente, una teoría acerca de los ácidos y las bases que ampliaba considerablemente los conceptos anteriormente expuestos por Arrhenius. Según su propuesta, una sustancia se comportaba como ácido, cuando cedía protones y como base cuando aceptaba protones. La tendencia a transferir protones era lo que caracterizaba a los ácidos, mientras que la tendencia a aceptarlos, era algo característico de las bases según esta teoría. Las ideas de ácido y base, son complementarias. Los ácidos sólo actuarán como tales, como dadores de protones, si existe presencia de algunas sustancias capaces de aceptarlos, es decir, una base. De la misma manera, las bases sólo pueden aceptar algún protón si hay ácidos que les transfieran algunos protones. Así, por ejemplo, en una disolución acuosa de ácido nítrico, HNO3, éste actuará como ácido y la base será el agua, ya que el ácido nítrico se ioniza, cediendo al agua un protón: HNO3 (aq) + H2O (l) ↦ H3O+ (aq) (ión hidronio) + NO3- (aq) Se puede considerar a las reacciones ácido-bases como equilibrios , en los que las sustancias formadas pueden trasferirse también H+entre ellas. En general , si expresamos como un equilibrio la reacción acido-base, tenemos : Ácido + Base ⇌ Ácido conjugado de la base + Base conjugada del ácido Siendo el ácido conjugado de la base, el que se forma cuando la base recibe un H+, y la base conjugada del ácido, es la base formada cuando el ácido cede un H+. Así, un par conjugado queda constituido por un ácido y su base conjugada, o viceversa. Estas reacciones de ácidos- bases, son las que, en la teoría de Brönsted –Lowry denominan como reacciones de neutralización. Lewis Su teoría considera ácido a todos los átomos, moléculas o iones que puedan aceptar un par de electrones, y base sería toda especie química que sea capaz de ceder un par de electrones. Así el H+ se considera un “ácido de Lewis” ya que posee un espacio electrónico en su estructura que es capaz de aceptar un par de electrones. De igual manera, el amoniaco sería una “base de Lewis”, pues la capa de valencia del nitrógeno tiene un par de electrones sin compartir. Para Lewis una reacción de neutralización, es el proceso en el cual una sustancia con espacio electrónico (como por ejemplo, el átomo del boro en el BF3), acepta un par de electrones de una base de Lewis. BF3 + :NH3 ↦ F3B ↼ :NH3 Enlace Químico y Estabilidad A lo largo del siglo 19, entretanto se formulaba la teoría atómica, se sucedieron con mayor o menor grado de acierto, suposiciones sobre la naturaleza de las fuerzas que mantienen unidos los átomos en los compuestos químicos. Una de las hipótesis más aceptadas fue la de Berzelius, según la cual las combinaciones químicas obedecen al principio de atracción entre cargas eléctricas de signos opuestos. Un enlace químico entre dos átomos se establece cuando la fuerza de unión entre ellos es suficiente para dar origen a un agregado estable, que puede ser considerado como especie molecular independiente. Apenas los gases nobles o inertes (helio, argón, neón, criptón y xenón) y los metales en estado gaseoso presentan estructura interna configurada por átomos aislados. Las demás substancias químicas puras se construyen de mas de un átomo del mismo elemento químico (substancias simples como el oxígeno, de formula molecular O2) o de átomos de elementos químicos diferentes (substancias compuestas, como el agua, de formula molecular H2O, con 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno). La cantidad de enlaces que el átomo de un elemento puede efectuar simultáneamente expresa su capacidad de combinarse, también llamada valencia. Cada elementos presenta normalmente, un número fijo y limitado de valencias. Se distinguen varios tipos de enlaces químicos: electrovalente (o iónica), covalente, metálica y la ligación que se establece por puente de hidrógeno. Según la teoría de octeto enunciada por el científico americano Gilbert Newton Lewis, los átomos al combinarse tienden a asumir la estructura electrónica del gas noble que les es más próximo en la tabla periódica. Los enlaces químicos son, por tanto, la solución para una configuración electrónica estable. La diferencia entre las cantidades de energía necesarias para arrancar un electrón de un átomo, desempeña un papel fundamental en la construcción de los enlaces químicos. En los metales alcalinos, esa energía es mínima. Los elementos de ese grupo presentan por tanto, gran reactividad, o sea, que se unen fácilmente a otros elementos. Ya, los gases nobles, en que la energía necesaria es máxima, presentan gran dificultad para formar combinaciones, motivo por el cual son llamados gases inertes. Enlace electrovalente o iónico Según Kossel, la estructura electrónica de un gas noble es óptima y estable, como resultado de la perfecta distribución de los electrones en su entorno. Así los elementos del grupo de los halógenos (flúor, cloro y bromo) y los calcógenos (oxígeno y azufre), que presentan en su ultima capa menos electrones que los gases nobles, se caracterizan por una gran afinidad electrónica, o capacidad de captación de las partículas elementales. Al contrario, los alcalinos (sodio y potasio), alcalino térreos (calcio y magnesio) y los metales en general tienen fuerte tendencia a perder electrones para adquirir una estructura estable. Cuando se unen átomos con comportamientos electrónicos opuestos, la transferencia de electrones da origen a átomos eléctricamente cargados, los iones: cationes átomos que al ceder electrones adquieren carga positiva; y aniones, átomos que reciben electrones y adquieren carga negativa. El enlace iónico así verificado, característica de las sales alcalinas y alcalino térreas, se sustenta principalmente en las fuerzas de atracción electroestática, mas allá que sea también importante la energía de la combinación que se forma, llamada energía de red o reticular. Enlace covalente Cuando dos átomos comparten un par de electrones prácticamente de la misma manera, se produce entre ellos un enlace covalente. Esta unión, que se verifica en átomos de naturaleza semejante, es la más común en los compuestos orgánicos. También forman enlace covalente las moléculas biatómicas de gran estabilidad de oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, flúor y cloro. El par de electrones que participa del enlace, puede quedar más próximo del átomo que ejerce sobre el la mayor fuerza de atracción. Este enlace, llamado covalente polar, forma un pequeño dipolo eléctrico, mas allá que la molécula, en conjunto, sea neutra. El agua y el amoníaco son ejemplos de compuestos de este tipo. Las substancias polares que contienen hidrógeno, pueden presentar ocasionalmente en su estructura molecular los llamados puentes de hidrógeno. Enlace metálico Desde el punto de vista químico, los metales se caracterizan por poseer pocos electrones en la capa exterior del átomo. Según la teoría de enlace metálico, estos electrones forman una “nube electrónica”, que ocupa franjas limitadas en el interior del metal, las llamadas zonas de Brillain y pueden pasar fácilmente de una parte a otra lo que justifica la relativa libertad de la que disfrutan dentro de la red. El sólido metálico sería así formado por los núcleos de los átomos sumergidos en esa nube electrónica que pertenece al conjunto. Enlace por puente de hidrógeno En las moléculas formadas por átomos de hidrógeno unidos a elementos con fuerte afinidad por electrones, los átomos de hidrógeno son atraídos simultáneamente por varios otros átomos y forman puentes de hidrógeno. Este tipo de enlace explica la estructura y el comportamiento de varios hidruros, o combinaciones de hidrógeno con átomos de alta afinidad electrónica, como el flúor (del cual resulta el hidruro de flúor), el oxígeno (en la molécula de agua) y el nitrógeno (que da origen al amoníaco). Debido a esta asociación, tales hidruros poseen puntos de fusión y ebullición más altos que lo esperado. El enlace por puente de hidrógeno también puede explicar por que el hielo flota en el agua: su densidad es menor porque los puentes de hidrógeno forman espacios vacíos en la estructura reticular del hielo que no existen en estado líquido. Enlaces y reacciones químicas. Las substancias químicas son formadas por moléculas compuestas de átomos, unidos entre si por medio de enlaces químicos. La energía almacenada por estos enlaces, sumada a la red molecular del conjunto, determina la estabilidad de estos enlaces Una reacción química rompe los enlaces existentes entre los átomos de las substancias iniciales o reactivas, para darle origen a productos finales de la reacción, por medio de nuevos enlaces. La viabilidad de una reacción es dada por el balance global de las energías que participan en el proceso. Es necesario que exista una energía inicial suficiente para eliminar la estabilidad de los enlaces de los reactivos y que los productos finales tengan carácter altamente estable. En caso contrario, se reconstituyen las substancias iniciales. Actualmente son conocidas muchas excepciones a la regla del octeto. La mayoría de los metales de transición, por ejemplo, no adquiere configuración de gas noble en sus compuestos. Por esto, la regla del octeto debe ser encarada como orientación general, pero no puede ser considerada como ley natural. Conociendo este hecho, podemos clasificar los elementos así: Metales Son aquellos que poseen 1, 2, o 3 electrones en la capa de valencia. La tendencia de los metales es a perder estos electrones. a) 19K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 19K1+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 b) 20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 20Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 No metales Son aquellos que poseen 4, 5, 6 o 7 electrones en la capa de valencia. La tendencia de los no metales es recibir electrones. a) 16S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 16S 2–: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 b) 9F: 1s2 2s2 2p5 9F-: 1s2 2s2 2p6 Tipos de Reacciones Químicas Las reacciones químicas son procesos que transforman una o más substancias llamadas reactivos en otras substancias llamadas productos. En un lenguaje más académico, decimos que una reacción química promueve el cambio de estructura de la materia. En la química inorgánica podemos clasificar las reacciones en cuatro tipos diferentes Reacciones de Síntesis o Adición Las reacciones de síntesis o adición son aquellas donde las substancias se juntan formando una única sustancia. Representando genéricamente los reactivos como A y B, una reacción de síntesis puede ser escrita como: A + B ↦ AB Veamos algunos ejemplos Fe + S ↦ FeS 2H2 + O2 ↦ 2H2O H2O + CO2↦ H2CO3 Perciba en los ejemplos que los reactivos no precisan ser necesariamente substancias simples (Fe, S, H2, O2), pudiendo también se substancias compuestas (CO2, H2O) pero en todas el producto es una sustancia “menos simple” que las que originaron. Reacciones de Análisis o Descomposición Las reacciones de análisis o descomposición son lo opuesto de las reacciones de síntesis, o sea, un reactivo da origen a productos más simples que el. Escribiendo la reacción genérica nos resulta fácil entender lo que sucede: AB ↦A + B ¿No parece simple? Lo es bastante. Veamos algunos ejemplos: 2H2O ↦2 H2 + O2 2H2O2 ↦ 2H2O + O2 Reversibilidad de las reacciones químicas Los ejemplos pueden sugerir que cualquier reacción de síntesis puede ser invertida a través de una reacción de análisis. Esto no es verdad. Algunas reacciones pueden ser reversibles, como podemos notar en la reacción del agua: 2H2 + O2 ↦2H2O 2H2O ↦ 2H2 + O2 Sin embargo esto no es una regla Reacciones de Desplazamiento Las reacciones de desplazamiento o de sustitución simple merecen un poco más de atención que las anteriores. No que sean complejas, pues no lo son, pero tienen algunos pequeños detalles. En su forma genérica la reacción puede ser escrita como: AB + C ↦ A + CB Vamos a entender lo que sucede: C cambio de lugar A. Simple asi, pero será que esto ocurre siempre? Intuitivamente la respuesta es que no. Imagina lo siguiente: Entras en un baile y ves a la persona con la que te gustaría bailar bailando con otra persona. Vas a ir hasta ella e intentar hacerla cambiar de pareja, estarás intentando desplazar el acompañante indeseable y asumir su lugar. Si resulta que eres más fuerte que el “indeseable” basta darle un empujón para asumir su lugar, pero si el fuera un bruto troglodita, posiblemente el no sentirá ni el empujón que le des. En la reacción de desplazamiento el proceso es idéntico: C ve a B ligado a A, se aroxima y siendo más fuerte, desplaza A y asume la ligación con B. En caso que C no sea más fuerte que A, nada sucederá. Bastará entonces saber quien es más fuerte que quien. Au<Ag<Cu<H<Pb<Sn<Ni<Fe<Cr<Zn<Al<Mg<Na<Ca<K<Li Metales nobles < hidrogeno < metales De esta forma, tenemos: 2Na + 2H2O↦ 2NaOH + H2 (el sodio desplaza al hidrógeno del agua H-OH) Au + HCl ↦ no reacciona (el oro no consigue desplazar al hidrógeno) Reacciones de Doble Sustitución Son también muy simples, pero debemos quedar atentos a los detalles. El mecanismo es fácil: AB + CD ↦ AD + CB Ciertamente ya habrá podido ver lo que sucede. A cambió de lugar con C. La diferencia de este tipo de reacción con el desplazamiento, es que ni A ni C estaban solos y en ambos casos ninguno de ellos quedó solo luego de la sustitución. Para entender como es cuando una reacción de este tipo ocurre, tendremos que observar lo siguiente: La substancia AB esta en solución y de esta forma lo que tenemos en verdad son los iones A+ y B- separados unos de los otros. La substancia CD también está en solución, por tanto tenemos también los iones C+ y D- separados. Cuando juntamos las dos soluciones estamos promoviendo una gran mezcla entre los iones A+, B-, C+ y D-, formando una gran “sopa de iones”. Si al combinar C+ con B-, el compuesto CB fuera soluble, los iones serán nuevamente separados en C+ y B-, resultando exactamente en la misma cosa que teníamos anteriormente. Lo mismo sucede con A+ y B- Así, al mezclar AB con CD, estamos en verdad haciendo: (A+ ) + (B- ) + (C+ ) + (D- ) Tomemos en cuenta que juntar iones que se separarán nuevamente resultará en la misma “sopa de iones” y no resulta en ninguna nueva susbtancia, por tanto no ocurre ninguna reacción. Para que la reacción efectivamente ocurra, será necesario que al menos uno de los probables productos (AD o CB) no sean separados al juntarse, o sea, deben formar un compuesto insoluble y esto es logrado a través de una sal insoluble, de un gas o de agua. Si uno de los productos fuera una sal insoluble el no será separado en iones y permanecerá sólido. Si fuese un gas, el se desprenderá de la solución (burbujas) y también permanecerá con sus moléculas agrupadas. Mientras que si uno de los productos fuese agua, ella no se desagrega en su propia presencia. NaCl + AgNO3 ↦ NaNO3 + AgCl En esta reacción el producto AgCl (cloruro de prata) es insoluble, por tanto la reacción ocurre. NaCl + LiNO3↦ NaNO3 + LiCl Como ninguno de los productos formados, NaNO3 (nitrato de sodio) o Lic. (Cloruro de Litio) es insoluble, la reacción no sucede. NaOH + HCl ↦ NaCl + H2O Como uno de los productos es água (H2O), la reacción ocurre. Para la previsión de ocurrencia o no de una reacción de doble desplazamiento es fundamental que conozcamos la solubilidad de las salen en agua, y para recordar esto lea acerca de solubilidad en el agua. ¿Vio como es sencillo? Con un poco de práctica y ejercicios usted podrá lograr escribir reacciones que pueden dar origen a un determinado producto: ¿Quiere ver? Imagínese que usted desea obtener sulfato de plomo (PbSO4), usted sabe que tendrá que juntar el ion del plomo (Pb 2+) y el ion de sulfato (SO42 -). Como sabemos que el sulfato de plomo es insoluble, podemos promover un doble desplazamiento PbX + YSO4 ↦ PbSO4 + XY Es solo elegir X e Y de forma que las dos substancias sean solubles. Otra forma de realizar el desplazamiento de hidrógeno, del hidrógeno por el plomo ya que este es más reactivo. Pb + H2SO4 ↦ H2 + PbSO4 Reacciones redox Las reacciones redox, es la abreviatura que hace referencia a las reacciones de oxidación-reducción, las cuales incluyen un gran número de transformaciones químicas, con especial importancia práctica, como por ejemplo, la oxidación de los metales al contacto con el aire, la combustión de diversas sustancias, los procesos electrolíticos, la producción energética de las pilas, etc. Actualmente los conceptos de oxidación-reducción se han ampliado, no limitándose al aumento o disminución de la cantidad de oxígeno participante en la reacción, sino viéndose incluidos todos los procesos en los cuales tengan lugar una transferencia de electrones. Por ejemplo, el proceso de síntesis del fluoruro de magnesio, MgF2, partiendo de los elementos que lo forma: Mg(s) + F2(g) ↦ MgF2 (s) El producto obtenido, es el resultado final de la transferencia de electrones que tiene lugar en dos semirreaciones que ocurren de manera simultánea: Semirreación de oxidación Donde el magnesio cede los dos electrones de valencia que posee, diciendo que éste se ha oxidado. Mg -2e^- ↦ Mg^2+ Semirreación de reducción Donde cada átomo de flúor participante, recibe un electrón, diciendo que éste se ha visto reducido, así los dos electrones que cede el magnesio los reciben los dos átomos de flúor. F2 + 2e^- ↦ 2F La reacción global sería la suma de las dos semirreacciones anteriores: Mg + F2 ↦ Mg^2+ + 2F^- ↦ MgF2 -En ésta reacción, el magnesio recibe el nombre de reductor, ya que, al ceder electrones se oxida, provocando que el flúor se reduzca. – El flúor en cambio, se denominará oxidante, pues, al recibir los electrones y ser reducido, provoca la oxidación del magnesio. En general, podemos resumir como: Reacción de oxidación-reducción, es la reacción que tiene lugar mediante la transferencia de electrones. Oxidación ↦ Es el proceso en el cual se pierden electrones por parte del agente reductor. Reducción ↦ Proceso en el que se produce la ganancia de electrones por parte del agente oxidante. En la formación de compuestos iónicos, es bastante fácil advertir la transferencia de electrones entre dos elementos, siendo esto precisamente lo que caracteriza a las reacciones redox. Sin embargo, en la gran parte de las reacciones no es tan fácil advertir la transferencia electrónica, especialmente entre las sustancias que son covalentes, por dicho motivo, se utiliza un criterio que permite identificar dichas reacciones redox. Las reacciones redox, son procesos químicos en los que tiene lugar una variación del número de oxidación de los elementos participantes. Dicha variación se produce en consecuencia de la transferencia de electrones, ya sea ésta, real o aparente. Por ejemplo: En la reacción: H2 (g) + Cl2 (g) → 2HCl (g) Asignamos los números de oxidación correspondientes a cada uno de los elementos que participan en la reacción: H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) 0 0 +1 -1 El número de oxidación que tiene el hidrógeno, varía desde 0 hasta +1, lo que es equivalente a decir que cada átomo de hidrógeno pierde un electrón, por lo que en éste caso decimos que el hidrógeno es el reductor y que se encuentra oxidado. El cloro ha variado su número de oxidación de 0 a -1, lo que equivale a decir que cada átomo de este elemento ha ganado un electrón, por lo que se dice que es el oxidante de la reacción y que se ha reducido. Algunos conceptos a tener en cuenta: Agente reductor Es la sustancia que contiene al elemento que posee el número de oxidación que aumenta, oxidándose y reduciendo a otro elemento. Agente oxidante Sustancia que contiene al elemento que disminuye el número de oxidación, reduciéndose y oxidando a otro elemento. Semirreacción de oxidación Proceso en el que un elemento aumenta el número de oxidación, perdiendo electrones. Semirreacción de reducción Proceso en el cual un elemento disminuye su número de oxidación, ganando electrones. Nomenclaturas La nomenclatura química para los compuestos inorgánicos, es utilizada para todos aquellos compuestos no carbonados. Los compuestos inorgánicos se clasifican según su función química, siendo las principales funciones: óxidos, bases, ácidos y sales. Hoy en día existen tres tipos de nomenclaturas inorgánica diferentes: Nomenclatura sistemática (o estequiométrica):Está basada en nominar a las sustancias mediante la utilización de prefijos con números griegos. Dichos prefijos nos indican la atomicidad que posea la molécula, o lo que es lo mismo, el número de átomos del mismo elemento que se encuentren en la molécula. Nomenclatura de Stock:En este tipo de nomenclatura se nombran los compuestos finalizándolos con la valencia indicada en números romanos, colocados generalmente como subíndices. Ejemplo: Sulfuro de hierro (III) = Fe2S3 Nomenclatura tradicional:También conocida como nomenclatura clásica, se emplea indicando la valencia del elemento a través de prefijos y sufijos que acompañan al nombre del elemento.Cuando el elemento a tratar sólo posee una valencia, se utiliza el prefijo –ico, pero cuando tiene dos valencia, se utilizan los prefijos –oso ( para la valencia menor) e –ico ( para la mayor). En cambio, cuando el elemento tiene tres o cuatro valencia: Ejemplos: Equilibrio quimico Se le llama equilibrio químico al estado de un sistema donde no se observan cambios en la concentración de reactivos o productos, al transcurrir el tiempo, éstas se mantienen constantes. Esto se da en reacciones reversibles, donde la velocidad de la reacción de reactivos a productos es la misma que de productos a reactivos. Un equilibrio químico puede ser representado de la siguiente manera: Siendo A y B, los reactivos, S y T los productos, y las letras griegas delante de cada uno, sus respectivos coeficientes estequiométricos. La constante del equilibrio K puede definirse como siendo la relación entre el producto entre las concentraciones de los productos (en el equilibrio) elevadas a sus correspondientes coeficientes estequiométricos, y el producto de las concentraciones de los reactivos (en el equilibrio) elevadas en sus correspondientes coeficientes estequiométricos. Esta constante sufre variaciones con la temperatura. Existen varios factores que pueden alterar el estado de equilibrio químico, los más importantes son la temperatura, la presión y la concentración de los reactivos o productos. La manera en que estos factores pueden alterar el equilibro químico se pude predecir cualitativamente según el principio de Le Chatelier, que establece lo siguiente Si se modifica alguno de los factores capaces de alterar el equilibrio químico (temperatura, presión, concentración) el sistema se desplazará de manera de contrarrestar la modificación. Efecto de la temperatura. Un aumento de la temperatura causará un desplazamiento del equilibrio en el sentido de la reacción que absorba calor, es decir, en el sentido endotérmico de la reacción. Por el contrario, una disminución en la temperatura causará un desplazamiento en el sentido exotérmico de la reacción. Efecto de la presión: Si aumenta la presión, el equilibrio se desplazará hacia el lado de la reacción donde haya menor número de moles gaseosos, contrarrestando de esta manera la disminución de volumen. Si la presión disminuye, ocurrirá lo contrario. Efecto de la concentración: El aumento de la concentración de los reactivos causará un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de productos. Un aumento en la concentración de productos determinará un desplazamiento del equilibrio hacia la formación de reactivos. La disminución en la concentración de reactivos o productos causa un desplazamiento hacia la formación de mayor cantidad de reactivos o productos, respectivamente. A continuación, tenemos un ejemplo concreto de equilibrio químico, el ácido acético disuelto en agua y la formación de iones acetato e hidronio: Donde la constante de equilibrio estaría dada por la siguiente fórmula: J.W. Gibbs sugirió en el año1873 que se alcanzaría el estado de equilibrio químico cuando la energía libre de Gibbs se encuentra en su valor mínimo, siempre y cuando la presión sea constante. Si la mezcla de reactivos y productos no están en equilibrio, el exceso de energía de Gibbs hace que la reacción se desplace hasta lograr un equilibrio. La constante de equilibrio se puede relacionar con el cambio de energía libre de Gibbs mediante la siguiente ecuación: Donde R representa la constante universal de los gases, y T la temperatura en grados Kelvin. Equilibrio Homogéneo Es aquél en que todos los participantes se encuentran en una única fase. Por lo tanto, clasificamos el sistema como siendo homogéneo. H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) HCN(aq) ⇌ H+(aq) + CN–(aq) Equilibrio Heterogéneo Es aquél en que los participantes se encuentran en más de una fase. Por lo tanto, clasificamos el sistema como siendo heterogéneo. C(s) + O2(g) ⇌ CO2(g) Ley General de los Gases Ideales Los gases perfectos obedecen a tres leyes bastante simples, que son la Ley de Boyle, la ley de Gay-Lussac y la Ley de Charles. Estas leyes son formuladas según el comportamiento de tres grandezas que describen las propiedades de los gases: volumen, presión y temperatura absoluta. La Ley de Boyle Esta ley fue formulada por el químico irlandés Robert Boyle (1627-1691) y describe el comportamiento del gas ideal cuando se mantiene su temperatura constante (trasformación isotérmica). Consideremos pues un recipiente con tapa móvil que contiene cierta cantidad de gas En el, aplicamos lentamente una fuerza sobre esa tapa, pues de este modo no vamos a alterar la temperatura del gas. Observaremos entonces un aumento de la presión junto con una disminución del volumen de dicho gas, o sea, cuando la temperatura del gas se mantiene constante, la presión y el volumen son grandezas inversamente proporcionales. Esta es la ley de Boyle que puede ser expresada matemáticamente de la siguiente manera: Donde k es una constante que depende de la temperatura, de la masa y naturaleza del gas. La transformación descrita es representada en la figura a continuación en un diagrama de presión por volumen: La Ley de Gay-Lussac La ley de Gay-Lussac nos muestra el comportamiento de un gas cuando es mantenida su presión constante y son variables las otras dos grandezas: temperatura y volumen. Para entenderla, consideremos nuevamente un gas en un recipiente de tapa móvil. Esta vez calentaremos el gas y dejaremos libre la tapa, como muestra la figura a continuación: Hecho esto, veremos una expansión del gas junto con el aumento de la temperatura. El resultado será una elevación de la tapa y consecuentemente un aumento del volumen. Observe que la presión sobre la tapa (en este caso la presión atmosférica) se mantiene constante. La ley de Gay-Lussac dice que en una transformación isobárica (presión constante), temperatura y volumen son dos grandezas directamente proporcionales. Esta ley se expresa matemáticamente de la siguiente forma: Donde k es una constante que depende de la presión, de la masa y de la naturaleza del gas. En un gráfico de volumen en función de la temperatura, tendremos el siguiente resultado: La ley de Charles En los casos anteriores, mantuvimos la temperatura del gas constante y después su presión. Ahora mantendremos el volumen constante y analizaremos los resultados de ese procedimiento Consideremos nuevamente nuestro recipiente de tapa móvil. Esta vez, travaremos la tapa, porque así lograremos dejar el volumen del gas constante. Luego de ello, iniciaremos su calentamiento como muestra la figura a continuación: Al sufrir el calentamiento, el gas intentará expandirse, pero esto será algo que no ocurrirá, pues la tapa está trabada. El resultado será un aumento en la presión del gas sobre las paredes del recipiente. La ley de Charles describe esta situación, o sea, en una transformación isométrica (volumen constante), la presión y la temperatura serán grandezas directamente proporcionales. Matemáticamente, la ley de Charles se expresa de la siguiente forma: Donde k es una constante que depende del volumen, de la masa y de la naturaleza del gas. El gráfico de presión en función de la temperatura absoluta queda de la siguiente forma: La Ecuación de Clapeyron Vimos a través de las tres leyes anteriores como un gas ideal se comporta cuando mantenemos una variable constante y variamos las otras dos. La ecuación de Clapeyron puede ser entendida como una síntesis de esas tres leyes, relacionando presión, temperatura y volumen En una transformación isotérmica, presión y volumen son inversamente proporcionales y en una transformación isométrica, presión y temperatura son directamente proporcionales. De estas observaciones podemos concluir que la presión es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al volumen. Es importante también destacar que el número de moléculas infuye en la presión ejercida por el gas, o sea, la presión también depende directamente de la masa del gas. Considerando estos resultados, Paul Emile Clapeyron (1799-1844) estableció una relación entre las variables de estado con la siguiente expresión matemática. Donde n es el número de moles y R es la constante universal de los gases perfectos. Esta constante puede asumir los siguientes valores: La ecuación general para los gases ideales Consideremos una determinada cantidad de gas ideal confinado en un recipiente donde se puede variar la presión, el volumen y la temperatura, pero manteniendo la masa constante, o sea, sin alterar el número de moles. A partir de la ecuación de Clapeyron, podemos establecer la siguiente relación: Como fue descrito, el número de moles n y R son constantes. Se concluye entonces: Esto es, si variamos la presión, el volumen y la temperatura del gas con masa constante, la relación recién expresada, dará el mismo resultado. Para entender mejor lo que esto significa, observe la figura a continuación: Tenemos el gas ideal en tres estados diferentes, pero si establecemos la relación de presión, volumen y temperatura, descritos en la primera ecuación, se llega a los siguientes resultados. Observamos que las tres ecuaciones dan el mismo resultado, lo cual significa que ellas son iguales. Entonces podemos obtener la siguiente ecuación final: Esta relación es conocida como la ecuación general de los gases ideales. Hidrólisis de las sales La palabra hidrólisis, deriva de dos palabras griegas, por un lado, hidro, que significa “agua”, y por otro lado lisis, que significa “rotura”. Cuando se trata de la reacción de los iones de una sal con un disolvente ya sea éste, agua u otro, recibirá el nombre de solvólisis. Algunas sales en disolución acuosa tienen un comportamiento ácido o básico según Brönsted – Lowry, ya que los iones producidos en la disociación son capaces de transferir iones H^+ al agua, o también recibirlos de ella. Así, la hidrólisis de una sal, se define como: La reacción ácido-base que pueden llevar a cabo los iones de una sal con el agua. En consecuencia, se puede producir un exceso de iones H3O^+, o también de iones OH^-, con los que se podrá formar una disolución ácida o básica respectivamente. Podemos considerar a las sales como compuestos iónicos que proceden de la reacción que tiene lugar entre un ácido y una base siguiendo la siguiente reacción: HA + BOH → B^+ A^- + H2O Ácido Base Sal Agua Se ve que el catión de la sal tiene su origen en la base y el anión en cambio procede del ácido. Para poder estudiar el comportamiento con el agua, las sales se suelen clasificar según su procedencia en cuatro grupos: Sales procedentes de un ácido fuerte y una base fuerte Sales de base fuerte y ácido débil Sales de base débil y ácido fuerte Sales de ácido débil y ácido débil. Las sales con procedencia de una base fuerte y un ácido débil, no provocan reacciones de hidrólisis, por lo tanto, no modifican tampoco el pH del agua (pH=7). De éste modo se dice que la disolución es siempre neutra. Este es el caso por ejemplo, del cloruro de sodio, NaCl, del yoduro de potasio, KI, o también del nitratote sodio, NaNO3. Los cationes de sodio y potasio provienen de las bases fuertes de NaOH y KOH. Los aniones Cl^-, NO3^- e I^-, proceden de los ácidos fuertes, HCL, HNO3 y HI. Pongamos como ejemplo, la disolución acuosa de cloruro de sodio. La disociación iónica en disolución de la sal es completa y se produce siguiendo la ecuación: NaCl (s) → Na^+ (aq) + Cl^- (aq) Y según el siguiente equilibro se produce la autoionización del agua: H2O (l) + H2O (l) ↔ H3O^+ (aq) + OH^- (aq) El catión del sodio y el anión del cloro, se encuentran ambos hidratados, y son a su vez el ácido y la base conjugados del hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico. Debido a que éstos son muy fuertes, dichos iones serán muy débiles como para reaccionar con el agua. Debido a esto, el equilibrio del agua no se ve alterado, manteniéndose igual su pH, es decir, la disolución es neutra. El grupo de las sales de base fuerte y ácido débil, está integrado por sales del tipo del carbonato sódico, bicarbonato de sodio, acetato de sodio, cianuro de potasio, etc. Se dice en este caso, que por la reacción de hidrólisis de los aniones, las disoluciones de las sales que proceden de las bases fuertes y ácidos débiles son básicas.En el grupo de las sales de base débil y ácido fuerte, se encuentran las sales amónicas entre otras, siempre procedentes de ácidos fuertes como pueden ser por ejemplo, el cloruro de amonio, o el nitrato de amonio. En este caso se dice, que debido a la reacción de hidrólisis del catión, las disoluciones de las sales que proceden de las bases débiles y ácidos fuertes son ácidas En el grupo de las sales de base débil y ácido débil, se integran entre otras, las sales amónicas, que ]proceden de ácidos débiles, como puede ser el acetato de amonio, o el carbonato de amonio. En las disoluciones acuosas de este tipo de sales, tiene lugar una hidrólisis ácida de los cationes y una hidrólisis básica de los aniones. La constante de hidrólisis, Kh, resulta de la siguiente manera: Kh = Kw / Ka. Kb, Donde Ka, es la constante de hidrólisis ácida del anión y Kb, es la constante de hidrólisi básica en el caso del catión. Los pH de las disoluciones dependen de los valores de Ka y Kb: Si Ka > Kb, los cationes se hidrolizan más que los aniones, siendo el pH < 7. La disolución de la sal será ácida. Si Kb > Ka, los aniones se hidrolizan más que los cationes, siendo el pH > 7. En este caso la disolución de la sal es básica. Si Ka ≡ Kb, ambos iones se encontrarán hidrolizados en proporciones similares, siendo el pH en este caso pH=7, diciéndose que la disolución es neutra. Solubilidad de los compuestos iónicos En muchos líquidos polares, como el agua, son buenos disolventes para sustancias iónicas, o en general, sustancias covalentes polarizadas. En cambio, no son buenos disolventes para sustancias no polares, siendo estas la gran mayoría de las sustancias covalentes. Para poder explicar de manera cuantitativa la capacidad de las distintas sustancias para disolverse en disolventes del tipo del agua, se ha enunciado el concepto de solubilidad, el cual explica que la solubilidad de un soluto en un disolvente, hace referencia a la cantidad máxima de dicho soluto que se pueda disolver en una cantidad concreta de disolvente o de disolución a una cierta temperatura. La solubilidad se mide en cualquiera de las unidades usadas para expresar la composición de una disolución, es decir, en moles de soluto por litro de disolución, gramos de soluto por litros de disolución, etc. Dependiendo de la cantidad de soluto, las disoluciones pueden ser de tres formas distintas: Saturadas Sobresaturadas Insaturadas Disoluciones saturadas: Son las disoluciones en las cuales las sustancias disueltas se encuentran en un equilibrio dinámico con el soluto que no está disuelto. En conclusión, este tipo de disoluciones contienen la máxima cantidad de soluto que sea posible, a una cierta temperatura. Por ejemplo: En el caso del cloruro de potasio, cuando este se encuentra en disolución acuosa saturada, el número de iones que en un tiempo determinado se disuelven, pasando del sólido a la disolución es igual al número de iones que se encuentran disueltos y pasan a estar en fase sólida, en el mismo tiempo. Si se pudiera seguir a un ion de K^+ o de Cl^-, lo veríamos unas veces en el sólido que no está disuelto, y otras veces en la disolución. K^+Cl^- (s) ↔ K^+ (aq) + Cl^- (aq) , produciendose hacia la derecha la disolución, y hacia la izquierda la cristalización. Disoluciones sobresaturadas: Son aquellas que contienen una cantidad determinada de soluto mayor que la que correspondería a la disolución saturada. Se trata de una situación no estable, de manera que , generalmente, basta la adición de poca cantidad de soluto para conseguir provocar la cristalización del soluto que se encuentra en exceso. Disoluciones insaturadas: Son las disoluciones que contienen poca cantidad de soluto, siendo ésta inferior incluso, a la cantidad que indica su solubilidad. Hay diferentes factores que influyen en la solubilidad, como son el aumento de entropía, la energía de red, o el calor de hidratación y disolución. El valor de la solubilidad en el caso de los compuestos iónicos, no se predice fácilmente, pues en el proceso de la disolución de éstos, influyen al mismo tiempo distintos factores termodinámicos, como los anteriormente mencionados, así pues deberemos analizar por separado la influencia de cada uno de ellos. Aumento de la entropía: El cambio de la entropía, juega un importante papel en la disolución de compuestos iónicos, pues siempre que se produce una rotura de la red iónica que hace que se dispersen los iones, se produce también un aumento del desorden del sistema, y por lo cual, también se produce un aumento de la entropía de dicho sistema: ∆S > 0 Debido a que muchos de los procesos de disolución son endotérmicos (∆H > 0), la entropía aumenta , pudiendo contrarrestar la propia naturaleza del proceso, favorenciendo la espontaneidad de la disolución a una determinada temperatura. Así, un proceso es espontáneo si en él se provoca una disminución de la entalpía libre (∆G < 0), pues la variación de la entalpía libre es ∆G = ∆H – T∆S, con que el término T∆S sea mayor que ∆H, el proceso de disolución será espontáneo aunque sea endotérmico. Y, cuanto mayor sea T∆S con respecto de ∆H, más se verá favorecida la espontaneidad del proceso de disolución, pues ∆G, será más negativo. Energía de red: La disolución de los compuestos iónicos se necesita la rotura completa de la red cristalina. Para esto se necesita aportar una cantidad de energía que sea igual en valor absoluto a la energía de red del compuesto, U. Se puede predecir que los compuestos que tienen energía de red baja en valor absoluto, serán los más solubles. Electrólisis La conductividad eléctrica de las sustancias consiste en un desplazamiento de la carga eléctrica a través de ellas. Dicho movimiento de las cargas puede producirse de dos maneras distintas: A través de un flujo de electrones, como sucede en los metales, a los cuales se les conoce como conductores de primera especie. A través del movimiento de los iones positivos y negativos, mediante una disolución o mediante un compuesto iónico fluido. Esta forma de conductividad se conoce como conductividad iónica, también llamada, electrolítica, tratándose de la conductividad propia de los electrolitos que son conductores de segunda especie. La electrólisis se puede definir como un proceso en el que el paso de la corriente eléctrica a través de una disolución o a través de un electrolito fundido, da como resultado una reacción de oxidación – reducción (redox), no espontánea. La conductividad eléctrica se lleva a cabo en cubas o celdas electrolíticas, para poder reproducir una reacción de oxidación- reducción, en la electrólisis, proceso que tiene gran interés práctico. Una cuba electrolítica es un recipiente en el cual se lleva a cabo el proceso de la electrólisis. Dicho recipiente contiene una disolución en la que se sumergen los electrodos, ambos conectados a una fuente de corriente continua, gracias a la cual la cuba recibe electrones. Los electrodos son las superficies sobre las que tienen lugar las semirreacciones redox. Generalmente son de carácter inerte con respecto a los reactivos que se encuentran en la cuba electrolítica. En los electrodos podemos distinguir un cátodo, y un ánodo, al igual que ocurre en las pilas voltaicas. Ánodo: electrodo en el cual se produce la oxidación, éste va conectado al polo positivo de la fuente de corriente. Cátodo: electrodo donde se produce la reducción, éste se conecta al polo negativo de la fuente de corriente. Las diferencias más destacables entre una pila y una cuba electrolítica son: En una pila voltaica, la reacción química produce energía eléctrica, en cambio en la cuba electrolítica es justo al contrario, la energía eléctrica produce una reacción química. En las pilas, hay dos electrolitos, y en las cubas electrolíticas solamente uno.Las reacciones redox son espontáneas en las pilas voltaicas, mientras que en las cubas electrolíticas, no lo es. En las pilas, el ánodo es el polo negativo, y el cátodo el positivo, viceversa en las cubas electrolíticas. Un ejemplo de electrólisis puede ser el caso del agua. El agua pura no tiene la suficiente cantidad de iones libres como para que se pueda producir electricidad. Debido a esto, para lograr la electrolisis del agua, se suele añadir una cantidad pequeña de ácido sulfúrico (0.1 M). En estas disoluciones acuosas, se sumergen los electrodos inertes, que es donde ocurrirán las siguientes reacciones: Oxidación en el ánodo: 2 H2O (l) – 4 e^- → O2 (g) + 4H^+ (aq) Reducción en el cátodo: 4H^+ (aq) + 4e^- → 2 H2 (g) Reacción global: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) Se ve claramente como se obtiene hidrógeno en el cátodo, y oxígeno en el ánodo, siendo el volumen del gas de hidrógeno, el doble del volumen de oxígeno. Los aniones sulfato del ácido se oxidan después que el agua, éstos necesitan un potencial elevado para descargarse, así que no lo hacen. El ácido sulfúrico no es consumido. Compuestos orgánicos La mayor parte de los compuestos de carbono, conocidos como substancias orgánicas, esto es, compuestos de carbono e hidrógeno, este llamado elemento organizador. Las substancias orgánicas contienen pocos elementos, en general de dos a cinco. Además de carbono e hidrógeno, integran los compuestos orgánicos el oxígeno, el nitrógeno, los halógenos, el azufre y el fósforo. Nomenclatura de organicos: Muchos de los nombres de los compuestos de la química orgánica derivan del nombre del hidrocarburo del cual proceden, dependiendo el nombre también del grupo funcional que posean. Un grupo funcional, es un grupo de átomos que se encuentran unidos de forma característica y es del que dependen las propiedades químicas de la molécula que lo contenga. Los hidrocarburos son los compuestos básicos de la química orgánica. Un hidrocarburo es un compuesto orgánico que se encuentra formado solamente por átomo de hidrógeno y carbono, consiguiendo una estructura a modo de esqueleto de carbonos unidos a átomos de hidrógeno. Dichos esqueletos o cadenas carbonadas pueden tener una forma lineal o ramificada, y a su vez pueden ser abiertas o cerradas. Los hidrocarburos son de dos tipos: Alifáticos y aromáticos. Hidrocarburos alifáticos: son aquellos que a la vez clasificamos como alcanos, alquenos o alquinos, dependiendo del tipo de enlace que posean para unir los átomos de carbono, pudiendo ser éstos de tipo simple, doble o triple. Generalmente, la formulación de los compuestos orgánicos requiere que escribamos las fórmulas de manera desarrollada o semidesarrollada, encoentrandose destacados siempre los grupos funcionales presentes. Así, la nomenclatura de estos compuestos debe constar siempre con : El nombre de la cadena carbonada principal, donde indicaremos el número de átomos de carbono, a través de los prefijos que correspondan El grupo funcional propio del compuesto en cuestión, expresado mediante el sufijo que lo caracterice. También, cuando sea necesario, se antepondrá un número que indique la posición de la molécula. [*]Los sustituyentes, o ramificaciones que posea la cadena principal, así como el número que haga localizar la molécula

Primera parte NO ENTENDES QUIMICA? TE DOY UNA MANO CARGA ELÉCTRICA Y CAMPO ELÉCTRICO Carga eléctrica La carga eléctrica q está cuantizada, es decir la carga eléctrica se presenta en forma de “paquetes” discretos y se escribe que q = ±Ne. Donde N es un numero entero y e es la carga de un electrón/protón. Electrostática: es la interacción que surge entre cargas eléctricas en reposo (o casi reposo). Dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas. Una carga positiva y una negativa se atraen. Principio de conservación de la carga: establece que la suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante. En cualquier proceso de carga, ésta no se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro Conductores, aislantes y cargas inducidas Los conductores son aquellos materiales que permiten el movimiento fácil de las cargas a través de ellos, mientras que los aislantes no lo hacen. En los conductores (la mayoría de los metales) uno o más de los electrones externos de cada átomo se liberan y mueven con libertad a través del material; en cambio, en un material aislante no hay electrones libres, o hay muy pocos, y la carga eléctrica no se mueve con facilidad a través del material. Algunos materiales se denominan semiconductores debido a que sus propiedades eléctricas se ubican entre los conductores y los aislantes. Inducción: Es el proceso por el cual un cuerpo da a otro cuerpo una carga de signo contrario, sin que pierda una parte de su propia carga. Cargas inducidas: Se produce cuando un objeto cargado repele o atrae los electrones de la superficie de un segundo objeto. Esto crea una región en el segundo objeto que está con una mayor carga positiva, creándose una fuerza atractiva entre los objetos, este efecto se llama polarización Ley de Coulomb Establece que la magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa; es decir: El sentido de la fuerza eléctrica dependerá de los signos de las cargas; dos cargas positivas se repelen entre sí, al igual que dos cargas negativas; una carga positiva y una negativa se atraen. La fuerza eléctrica ejercida por sobre es igual en magnitud pero en sentido opuesto que la ejercida por sobre ; es decir: Cuando dos cargas ejercen fuerzas de manera simultánea sobre una tercera carga, la fuerza total que actúa sobre esa carga es la suma vectorial de las fuerzas que las dos cargas ejercerían individualmente. El campo eléctrico y las fuerzas eléctricas El campo eléctrico ,una cantidad vectorial, es la fuerza por unidad de carga que se ejerce sobre una carga de prueba en cualquier punto, siempre que la carga de prueba sea tan pequeña que no perturbe las cargas que generan el campo. Básicamente, un cuerpo origina un campo en el espacio que lo rodea, y un segundo cuerpo responde a dicho campo. El campo eléctrico producido por una carga puntual está dirigido radialmente hacia fuera de la carga (positiva) o hacia ella (negativa). Un campo eléctrico, produce una fuerza sobre una carga puntual, cuyo valor esta dado por: Superposición de campos eléctricos Este principio establece que el campo eléctrico de cualquier combinación de cargas es la suma vectorial de los campos producidos por las cargas individuales. Para calcular el campo eléctrico generado por una distribución continua de carga, la distribución se divide en elementos pequeños, se calcula el campo producido por cada elemento, y luego se hace la suma vectorial o la suma de cada componente, por lo general con técnicas de integración. Las distribuciones de carga están descritas por la densidad lineal de carga (λ), densidad superficial de carga (σ) y densidad volumétrica de carga (ρ). Líneas de campo eléctrico Proporcionan una representación gráfica de los campos eléctricos. En cualquier punto sobre una línea de campo, la tangente a la línea está en dirección de en ese punto. El número de líneas por unidad de área (perpendicular a su dirección) es proporcional a la magnitud de en ese punto; en consecuencia, las líneas de campo estarán cercanas donde el campo eléctrico sea intenso y separadas donde el campo sea débil. Dipolos eléctricos Consisten es un par de cargas puntuales de igual magnitud y signos opuestos (una carga positiva q y una carga negativa -q) separadas por una distancia d. Por definición, el momento dipolar tiene magnitud La dirección de va de la carga negativa a la carga positiva. Un dipolo eléctrico es un campo eléctrico que experimenta un de torsión , igual al producto vectorial de y . La magnitud del par de torsión depende del ángulo entre y . La energía potencial, U, para un dipolo eléctrico en un campo eléctrico también depende de la orientación relativa de y. LEY DE GAUSS Flujo eléctrico Ley de Gauss La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico total a través de una superficie cerrada, que se escribe como la integral de superficie de la componente de que es normal a la superficie, es igual a la carga total encerrada por la superficie dividida por la constante de permeabilidad del medio. La ley de Gauss es un equivalente lógico de la ley de Coulomb, pero su uso simplifica mucho los problemas con un alto grado de simetría y además de que es válida en situaciones no electrostáticas en las que la ley de Coulomb no es aplicable. La ley de Gauss es válida para cualquier distribución de cargas y cualquier superficie cerrada. POTENCIAL ELÉCTRICO Sea positiva o negativa la carga de prueba; U aumenta si la carga de prueba se mueve en la dirección opuesta a la fuerza eléctrica y U disminuye si se mueve en la misma dirección que Energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales: La idea de la energía potencial eléctrica no se restringe al caso especial de un campo eléctrico uniforme; este concepto se puede aplicar a una carga puntual en cualquier campo eléctrico generado por una distribución de carga estática. Sabiendo que cualquier distribución de carga se representa como un conjunto de cargas puntuales; es útil calcular el trabajo realizado sobre una carga de prueba 􀀁􀀑 que se mueve en el campo eléctrico ocasionado por una sola carga puntual estacionaria q En primer lugar se considerará un desplazamiento a lo largo de una línea radial, desde el punto a al punto b. La fuerza radial será:Si q􀀁 y 􀀁􀀑 tienen el mismo signo (+ o -), la fuerza es de repulsión y es positiva; si las dos cargas tienen signos opuestos, la fuerza es de atracción y 􀀆es negativa. La fuerza no es constante durante el desplazamiento, y se tiene que integrar para obtener el trabajo , que resulta ser: Si se considera un desplazamiento más general: Pero es decir, que el trabajo realizado durante un desplazamiento pequeño dl depende sólo del cambio dr en la distancia r entre las cargas, el cual es la componente radial del desplazamiento. Potencial eléctrico El potencial eléctrico está estrechamente relacionado con el campo eléctrico . El potencial es la energía potencial por unidad de carga. Se define el potencial V en cualquier punto en el campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de prueba en ese punto: Tanto la energía potencial como la carga son escalares, por la que el potencial es una cantidad escalar. La unidad SI para el potencial se llama volt (V), y es igual a: Al dividir la ecuación de diferencia de energía potencial eléctrica por se obtiene: Cálculo del potencial eléctrico Superficies equipotenciales y líneas de campo Como la energía potencial no cambia a medida que una carga de prueba se traslada sobre una superficie equipotencial, el campo eléctrico no realiza trabajo sobre esa carga. De ello se deriva que debe ser perpendicular a la superficie en cada punto, de manera que la fuerza eléctrica siempre es perpendicular al desplazamiento de una carga que se mueva sobre la superficie. Las líneas de campo y las superficies equipotenciales siempre son perpendiculares entre sí. En general, las líneas de campo son curvas, y las equipotenciales son superficies curvas. En las regiones en que la magnitud de es grande, las superficies equipotenciales están cerca entre sí porque el campo efectúa una cantidad relativamente grande de trabajo sobre una carga de prueba en un desplazamiento más bien pequeño. En una superficie equipotencial dada, el potencial V tiene el mismo valor en todos los puntos. Sin embargo, en general la magnitud del campo eléctrico E no es la misma en todos los puntos sobre una superficie equipotencial. CAPACITANCIA Y DIELÉCTRICOS Capacitores y capacitancia Un capacitor es un dispositivo que almacena energía potencial eléctrica y carga eléctrica. Para almacenar energía en este dispositivo hay que transferir carga de un conductor al otro, de manera que uno tenga carga negativa y en el otro haya una cantidad igual de carga positiva. Debe realizarse trabajo para trasladar las cargas a través de la diferencia de potencial resultante entre los conductores, y el trabajo efectuado se almacena como energía potencial eléctrica. Para un capacitor en particular, la razón entre la carga de cada conductor y la diferencia de potencial entre los conductores es una constante llamada capacitancia. La capacitancia depende de las dimensiones y las formas de los conductores y del material aislante (si lo hay) entre ellos; esta aumenta cuando está presente un material aislante (un dieléctrico). Esto sucede porque en el interior del material aislante ocurre una redistribución de la carga, llamada polarización. La energía almacenada en un capacitor con carga, guarda relación con el campo eléctrico en el espacio entre los conductores. El capacitor permite almacenar energía en un campo electrostático. Dos conductores separados por un aislante (o vacío) constituyen un capacitor. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, cada conductor tiene inicialmente una carga neta cero, y los electrones son transferidos de un conductor al otro; a esta acción se le denomina cargar el capacitor. Capacitores en serie y en paralelo Capacitores en serie: Se conectan en serie dos capacitores (uno en seguida del otro) mediante alambres conductores entre los puntos a y b. Cuando se aplica una diferencia de potencial positiva y constante entre los puntos a y b, los capacitores se cargan, de manera que todas las placas conductoras tienen la misma magnitud de carga. La carga total en la placa inferior de y la placa superior de , en conjunto, debe ser siempre igual a cero porque tales placas sólo están conectadas una con otra y con nada más. Así, en una conexión en serie, la magnitud de la carga en todas las placas es la misma. Capacitores en paralelo Las placas superiores de los capacitores están conectadas mediante alambres conductores para formar una superficie equipotencial, y las placas inferiores forman otra. Entonces, en una conexión en paralelo, la diferencia de potencial para todos los capacitores individuales es la misma, y es igual . Sin embargo, las cargas no son necesariamente iguales, puesto que pueden llegar cargas a cada capacitor de manera independiente desde la fuente (como una batería) de voltaje . Las cargas son: La carga total Q de la combinación, y por consiguiente la carga total en el capacitor equivalente, es: La capacitancia equivalente de una combinación en paralelo es igual a la suma de las capacitancias individuales. Dieléctricos La mayoría de los capacitores tienen un material no conductor o dieléctrico entre sus placas conductoras. La colocación de un dieléctrico sólido entre las placas de un capacitor tiene tres funciones. La primera es que resuelve el problema mecánico de mantener dos hojas metálicas grandes con una separación muy pequeña sin que hagan contacto. La segunda función es que un dieléctrico incrementa al máximo posible la diferencia de potencial entre las placas del capacitor. Muchos materiales dieléctricos toleran sin romperse campos eléctricos más intensos que los que soporta el aire, y que, por lo tanto, almacene cantidades más grandes de carga y energía. La tercera función es que la capacitancia de un capacitor de dimensiones dadas es mayor cuando entre sus placas hay un material dieléctrico en vez de vacío. Ley de Gauss en Dielectricos La ley de Gauss en un dieléctrico tiene casi la misma forma que en el vacío, con dos diferencias clave: se sustituye por y se sustituye por que incluye solo la carga libre (no la carga ligada) encerrada por la superficie gaussiana: CAMPO MAGNÉTICO Y FUERZAS MAGNÉTICAS Fuerzas magnéticas sobre cargas móviles La fuerza magnética ejercida sobre una carga en movimiento tiene cuatro características esenciales. La primera es que su magnitud es proporcional a la magnitud de la carga. La segunda característica es que la magnitud de la fuerza también es proporcional a la magnitud del campo . La tercera característica es que la fuerza magnética depende de la velocidad de la partícula. Y la cuarta característica es que los experimentos indican que la fuerza magnética no tiene la misma dirección que el campo magnético sino que siempre es perpendicular tanto a como a la velocidad Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético FUENTES DE CAMPO MAGNÉTICO Campo magnético de una carga en movimiento El campo magnético creado por una carga q en movimiento con velocidad es proporcional a |q| y depende de la distancia r entre el punto de fuente (ubicación de q) y el punto de campo (donde se mide). La dirección de no es a lo largo de la línea que va del punto de fuente al punto de campo, sino que es perpendicular al plano que contiene esta línea y al vector velocidad . Los experimentos demostraron que el campo también es proporcional a la rapidez v de la partícula, al seno del ángulo σ y a una constante de proporcionalidad: El principio de superposición de campos magnéticos establece que el campo total producido por varias cargas en movimiento es la suma vectorial de los campos producidos por las cargas individuales. Una carga puntual en movimiento también produce un campo eléctrico, con líneas de campo que irradian hacia fuera desde una carga positiva, las líneas de campo magnético son círculos con centro en la línea de y que yacen en planos perpendiculares a esta línea. Campo magnético de un conductor que transporta corriente Aplicando la ley de Biot y Savart podemos obtener el campo magnético producido por un conductor recto que conduce corriente. Si tenemos un conductor con longitud 2a que conduce una corriente I. Encontraremos en un punto a una distancia x del conductor, sobre su bisectriz perpendicular. Fuerza entre alambres paralelos Campo magnético de una espira circular de corriente Ley de Ampere LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Sistemas termodinámicos Un sistema termodinámico es cualquier conjunto de objetos que conviene considerar como una unidad, y que podría intercambiar energía con el entorno. Un proceso en el cual hay cambios en el estado de un sistema termodinámico, se denomina proceso termodinámico. Signos del calor y el trabajo Trabajo realizado al cambiar el volumen Consideremos el trabajo efectuado por un sistema durante un cambio de volumen, al expandirse un gas, empuja las superficies de sus fronteras, las cuales se mueven hacia afuera; por lo tanto, siempre realiza trabajo positivo. Podemos entender el trabajo efectuado por un gas en un cambio de volumen considerando sus moléculas. Cuando una de ellas choca contra una superficie estacionaria, ejerce una fuerza momentánea sobre ella pero no realiza trabajo porque la superficie no se mueve. En cambio, si la superficie se mueve, la molécula sí realiza trabajo sobre la superficie durante el choque. Por ejemplo, si el pistón de la figura se mueve a la derecha, de modo que aumente el volumen del gas, las moléculas que golpean el pistón ejercen una fuerza a lo largo de una distancia y realizan trabajo positivo sobre el pistón. Si éste se mueve a la izquierda, reduciendo el volumen del gas, se realiza trabajo positivo sobre la molécula durante el choque. Por lo tanto, las moléculas de gas realizan trabajo negativo sobre el pistón. Tipos de procesos termodinámicos Adiabatico: es aquel en donde no entra ni sale calor del sistema: Q = 0. Podemos evitar el flujo de calor ya sea rodeando el sistema con material térmicamente aislante o realizando el proceso con tal rapidez que no haya tiempo para un flujo de calor apreciable. Por la primera ley, para todo proceso adiabático: Isocórico: se efectúa a volumen constante. Si el volumen de un sistema termodinámico es constante, no efectúa trabajo sobre su entorno, y por lo tanto: Isobárico: se efectúa a presión constante. En general, ninguna de las tres cantidades: ∆U, Q y W es cero en un proceso isobárico, pero aun así es fácil calcular el trabajo: Isotérmico: se efectúa a temperatura constante. Para ello, todo intercambio de calor con el entorno debe efectuarse con tal lentitud para que se mantenga el equilibrio térmico. En general, ninguna de las cantidades ∆U, Q o W es cero en un proceso isotérmico. En algunos casos, la energía interna de un sistema depende únicamente de su temperatura, no de su presión ni de su volumen. El sistema más conocido que posee esta propiedad especial es el gas ideal. Si la temperatura es constante, la energía interna también lo es: Es decir, toda la energía que entre en el sistema como calor Q deberá salir como trabajo W efectuado por el sistema. Tengo para agregar mas sobre termodinamica, temperatura y calor, corriente alterna, inductancia y demas temas, pero no me entra mas y tampoco queria hacerlo demasiado pesado. Gracias por pasarte!

Los humanos han alcanzado una serie de hitos espaciales en este año que terminó, y con ello hemos sigo testigos de hermosas imágenes del universo.. Una estrella escurridiza Esta espectacular nebulosa sufre de una explosión en su interior debido a la muy brillante y ardiente estrella, la WR 124. Esta estrella se desplaza por el espacio a una velocidad de 200 kilómetros por segundo. Chorros destellantes Una nueva imagen muestra los detalles dentro de las alas de la nebulosa PN M2-9, conocida también como la Nebulosa de los Chorros Gemelos. Los chorros son expulsados por una estrella a medida que esta se acerca al final de su existencia. Pero esta inusual forma se debe a que es una estrella binaria. A medida que las estrellas se orbitan unas a otras, estas moldean el flujo de la nebulosa en expansión. La secuela de una colisión Esta galaxia espiral está fuera de forma después de una colisión con otra galaxia. Su estructura está distorsionada, y esos parches rosas son regiones creadas como resultado de la fusión de pozos de gas de ambas galaxias. Una laguna resplandeciente Una nueva foto de la Nebulosa de la Laguna, también conocida como Messier 8, muestra más detalles que nunca. En su centro se puede observar la formación de las estrellas y cómo los vientos estelares moldean formas en la oscuridad. Un vistazo a Titán La luna de Saturno, Titán, tiene una atmósfera neblinosa, lo que dificulta la visibilidad de su superficie. Esta es una composición de las imágenes que fueron captadas por el espectómetro de Cassini. Opportunity dice Hola El rover marciano Curiosity está haciendo un gran trabajo, pero el 2015 es el onceavo año en que el rover Opportunity ha rondado por el Planeta Rojo. Esta foto, captada en marzo, muestra su brazo robótico examinando una formación rocosa. Mangalyaan Hemos visto muchas fotos de Marte, pero esto es algo realmente especial. Fue captada por el orbitador marciano de la India llamado Mangalyaan, un proyecto que cuesta sólo US$74 millones, comparado a los US$671 millones del Maven de la NASA. El agua fluye en Marte Esta famosa foto no necesita de ninguna introducción. La imagen muestra los senderos y las huellas de riachuelos y arroyos que señalan la presencia de agua salada en Marte. La lupa de la gravedad La gravedad en el espacio es tan fuerte que puede curvar la luz. Este fenómeno sirve como una especie de lupa que le permite a los astrónomos ver objetos espaciales con más detalla. En esta foto, vemos cómo el lente gravitacional ha dividido una supernova en cuatro, un fenómeno conocido como la Cruz de Einstein, que permite a los expertos observarlo en distintos tiempos. Feliz cumpleaños, telescopio espacial Hubble En abril de este año, el telescopio espacial Hubble celebró 25 años. Para conmemorar la ocasión, se publicó esta hermosa foto de Westerlund 2, un cúmulo de 3,000 estrellas que se encuentra en la nebulosa Gum 29. Hola Plutón Después de casi un década en tránsito, la sonda espacial New Horizons arribó finalmente al planeta enano Plutón este año, y nos brindó el mejor vistazo a este pequeño planeta hasta la fecha. De todas las fotos que se enviaron, esta imagen muestra en detalle la superficie de Plutón. El transito a Venus El tránsito de Venus frente al Sol es un raro evento en el Sistema Solar. La última vez que pasó fue en 2012. Este año, la NASA publicó un ensayo que contiene los detalles que pudieron deducir de su estudio la atmósfera de Venus, retroiluminado por el Sol. La próxima vez Venus realice este recorrido será en 2117. Medialunas La sonda Cassini ha captado unas hermosas fotos de las lunas de Saturno durante sus años de operación. Mi foto favorita este año es esta imagen de Titán, Rhea y Mimas. Un destellante misterio La sonda Dawn llegó al planeta enano Ceres que se encuentra en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter. En esta visita, la sonda captó una extraña región brillante en el cráter Occator. Durante buen rato, esta región brillante fue un misterio, pero en diciembre se anunció que es quizás un salar. Una fiesta de cometas El año pasado, los científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) lograron aterrizar una sonda en un cometa. Cuando el Cometa 67P/C-G alcanzó su punto más cercano al Sol este año, Rosetta estaba lista para fotografiar los chorros de gas y polvo que salen disparados de la superficie rocosa. La amplia Vía Láctea Esta es la fotografía más grande de la Vía Láctea que se haya tomado: está compuesta de 46,000 millones de pixeles y 194GB. Con esta imagen, el departamento de astrofísica de Ruhr University ha identificado al menos unos 50,000 objetos hasta la fecha. Ver a través del universo Debido a la luz y al polvo, las nebulosas oscurecen lo que se encuentra detrás de ellas. Utilizando capacidades casi infrarrojas del telescopio VISTA en Paranal, Chile, el Observatorio Europeo Austral fue capaz de localizar dos estrellas variables Cefeidas que se encuentran detrás de la Nebulosa Trífida. Mano de Dios CG4, la Nebulosa Mano de Dios, es muy fría y oscura, pero, en su centro, se están formando nuevas estrellas. En esta imagen podemos observar la pequeña nebulosa iluminada por las estrellas que la rodean. Encédalo Encélado se unió a la lista de lugares con mayor potencial para encontrar vida extraterrestre después de descubrirse un océano líquido debajo de su helada superficie. Cassini realizó un vuelo cercano que confirmó estas características de la superficie lunar. A través del velo Esta hermosa foto de una pequeña sección de la Nebulosa del Vuelo muestra en gran detalle los filamentos e hilillos que son los únicos remanentes de una estrella que ha explotado. Un girasol cósmico La Galaxia Messier 63, localizada a unos 27 millones de años luz, también se conoce como la Galaxia del Girasol. Sus brazos en espiral y la filotaxis de un girasol siguen las curvas de un perfecto una espiral dorada. Una sonrisa estelar A veces el lente gravitacional puede dividir una supernova en cuatro y a veces puede curvar la luz para crear la ilusión de una carita sonriente. Los Pilares de la Creación Una de las características más conocidas e icónicas del espacio son los Pilares de la Creación, una gloriosa configuración en la Nebulosa del Águila. Este año, la NASA anunció una nueva imagen captada por Hubble. El nacimiento de una estrella Un par de potentes chorros se disparan de una protoestrella y su disco de acrecimiento en el objeto 212 Herbig-Haro localizado en la constelación de Orión. Esta imagen fue captada por el espectómetro infrarrojo del Observatorio Europeo Austral. Tan antiguo como el tiempo Esta imagen contiene una pequeña sección del firmamento, pero abarca algunas de las galaxias más antiguas y opacas del universo, como Tayna, la galaxia más antigua que se ha observado hasta la fecha. Los investigadores calculan que se formó unos 400 millones de años después del Big Bang. Una estrella convaleciente El colorido halo que rodea este objeto no es visible a simple vista. Son los ecos de luz de las ráfagas de rayos X que emanan de una estrella convaleciente. Estos rayos X son inusuales porque se acostumbran a ver saliendo de agujeros negros.

Cinematica -Movimiento y Reposo Que significa decir que un cuerpo está en movimiento? En nuestras experiencias diarias no vemos dificultad para responder esta pregunta. Si vemos por ejemplo un poste de teléfono en la calle, diremos que está en reposo. Pero si vemos una persona caminando en la misma calle, diremos que ella está en movimiento. Según la física, los conceptos de movimiento y reposo son relativos, pues para tal definición debemos tomar en consideración un referencial. En este caso, la definición correcta de movimiento y reposo es: Un cuerpo está en movimiento siempre que cambie su posición en el pasar del tiempo, en relación a una referencia adoptada y en reposo siempre que su posición se mantenga constante en el paso del tiempo en relación a la referencia que fue tomada. El movimiento rectilíneo: El movimiento rectilíneo (MR) es el movimiento más simple de la Naturaleza aunque muy difícil de observarlo u obtenerlo durante largos períodos de tiempos. ¿Cómo definirlo? Al ser un “movimiento”, estamos en un cuerpo que cambia de posición (desplaza) con respecto a otro cuerpo, llamado objeto de referencia. ¿Por qué rectilíneo? En nuestro caso, un movimiento es rectilíneo cuando un cuerpo tiene una trayectoria “recta”, es decir se mueve siempre con la misma dirección. Por ejemplo, si un cuerpo que se mueve horizontal o verticalmente como la trayectoria de una pelota dejada caer o de un ascensor. En este movimiento, todas las magnitudes vectoriales tienen la misma dirección (lo cual no significa que tengan el mismo sentido). Sólo dos sentidos.- Dado que el movimiento tiene una dirección, solo son posibles dos sentidos. Si es vertical, hacia arriba o hacia abajo, si es la dirección horizontal Norte – Sur, hacia el Norte o hacia el Sur. Sentido de los signos.- Para diferenciar ambos sentidos se les asigna un “signo”: “positivo” o “negativo”. ¿Esto significa que las magnitudes vectoriales se “transforman” en escalares? NO, se deben representar, tienen dirección y sentido; la diferencia (simplificación) está en que el módulo se escribe con un signo y que el mismo tiene un significado físico, nos habla del sentido de la magnitud. ¿”v” ó |v|?.- A partir del movimiento rectilíneo, nos conviene diferenciar el símbolo del módulo: |v|: Será nuestro símbolo de módulo, el mismo nos indica SÓLO la cantidad de la magnitud que estamos analizando y no tiene “signo”, por lo tanto, la medida siempre es positiva (está en valores absolutos). Por ejemplo: |v|=10m/s. v: Será nuestro símbolo cuando queramos escribir el módulo con el sentido del movimiento, por lo tanto, se escribe la medida y un “signo” que tiene significado físico. Unión del módulo y el sentido – signo le llamaremos “valor o medida”. Por ejemplo, cuando el valor de una velocidad de un cuerpo es: v=-10m/s significa que el módulo de la velocidad es de 10m/s y el cuerpo se mueve en sentido contrario al definido como positivo. Significado físico del signo en las Posiciones.- Veamos algunos ejemplos: ¿Cómo diferenciamos la posición a la izquierda del OBJETO de REFERENCIA de la posición a la derecha del mismo como se indica en la figura? A una le damos un valor “positivo” y a otra “negativo”. ¿Cuál a cuál? Es arbitrario, puede ser positiva a la izquierda o a la derecha pero, en el mismo problema, NO se puede modificar. Por lo general, a la derecha, se le da el signo “positivo” y a la izquierda, el signo “negativo”, en este caso: r1>0 y r2<0. ¿Y en las otras magnitudes vectoriales?.- Para las otras magnitudes vectoriales (desplazamiento, velocidad media, velocidad instantánea, variación de velocidad y aceleración media) el signo nos habla del sentido de las mismas, hacia donde indican (Hacia la izquierda o hacia la derecha sí el movimiento es horizontal). Por ejemplo, hacia la derecha puede ser “positiva” y hacia la izquierda ser “negativa”. En el caso de la figura: v>0 y Dr<0. Es importante tener presente que la velocidad, el desplazamiento o la aceleración no “son” negativos sino que al darle este signo queremos hacer referencia al sentido de las mismas. En la figura, el desplazamiento “negativo” se traduce como el cuerpo se desplaza en el sentido contrario del elegido como positivo. Movimiento Rectilíneo Uniforme Característica.- El MRU es el movimiento de un cuerpo con velocidad constante con respecto al tiempo que transcurre = ¿Qué significa que la “velocidad es constante”? Dado que la velocidad es una magnitud vectorial esto significa que la dirección, el sentido y el módulo de la velocidad de un cuerpo no cambie. Es MR por la dirección y UNIFORME por el módulo y sentido Relación velocidad media e instantánea. Dado que la velocidad es constante (vectorialmente), la velocidad media e instantánea son iguales y pueden ser usadas como sinónimos (SÓLO en este TIPO de MOVIMIENTO). Ecuaciones.- Las ecuaciones se simplifican. Otra característica que distingue este movimiento es que el cuerpo, al transcurrir el tiempo, no acelera (o lo que es lo mismo, su aceleración es nula). Gráficas.- Las gráficas correspondientes a este movimiento son las indicadas abajo (o variaciones de la misma). Veamos sus características: Gráfica Velocidad en función del Tiempo = La gráfica de v(t) nos muestra una velocidad constante con respecto al tiempo donde el gráfico es paralelo al eje del tiempo, podría ser negativo en vez de positivo (como es en este caso). El área entre el gráfico y el eje del tiempo corresponde al desplazamiento(ver recuadro). La pendiente de esta gráfica es nula (vale cero) ¿A qué magnitud representa? Gráfica Posición en función del Tiempo = La gráfica r(t) debe ser siempre una recta, es decir, corresponder a una función lineal. Justamente la pendiente de esta gráfica corresponde a la velocidad. Va a depender que la recta sea “hacia arriba” o “hacia abajo” para que la velocidad sea positiva (como en este caso) o negativa. El área de la gráfica v(t) Si Ud. observa la gráfica v(t), el área de la misma es un rectángulo, como Ud. Recordará la misma se calcula: ÁRect = Base x Altura. En este caso: Base = Δt y Altura = Δv por lo tanto: ÁRect = v.Δt=Δr Aclaración: El área NO ES el desplazamiento sino que el área de v(t) representa a la magnitud física “desplazamiento”. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado Característica.- El MRUV es el movimiento rectilíneo de un cuerpo con aceleración constante. ¿Qué significa que la “aceleración es constante”? Esto significa que la dirección, el sentido y el módulo de la aceleración de un cuerpo no cambia. Es un MR porque la dirección de la velocidad y de la aceleración es la misma, y UNIFORMEMENTE VARIADO porque la velocidad varía uniformemente con respecto al tiempo y, por lo tanto, la aceleración tiene siempre el mismo el módulo y sentido (Dicho de otra forma: Dado un determinado intervalo de tiempo constante, los cambios del módulo de la velocidad son iguales en valor y “signo”). Ecuaciones.- Aunque se va a insistir en la resolución gráfica, es importante que conozcas las ecuaciones que describen el MRUV. Para esto a las ecuaciones que ya vimos debemos agregarle una nueva ecuación para la velocidad media (sólo válida para el MRUV): Las viejas ecuaciones.- Repasemos las viejas ecuaciones que ya conocemos: Las 5 magnitudes.- A partir de estas ecuaciones se relacionan usualmente los valores de cinco magnitudes entre sí: el desplazamiento (Dr), el intervalo de tiempo (Dt), la velocidad inicial (vi), la velocidad final (vf) y la aceleración (a). Velocidades, tiempo y aceleración.- La ecuación se obtiene de la definición de aceleración (por lo tanto, no es nueva) Velocidades, tiempo y aceleración.- De la definición de velocidad media hemos sustituido la misma por la semisuma de las velocidades. Con aceleración y sin velocidad final.- A partir de las ecuaciones 1 y 2 es posible deducir la ecuación 3. Dado que la posición, el tiempo y la velocidad inicial así como la aceleración se fijan al comienzo y no se pueden modificar, esta ecuación tiene sólo dos “variables”, la posición final y el instantes de tiempo respectivo, por esto se la conoce como la ecuación “horario”, Sin tiempo.- La ecuación 4 es una de las ecuaciones que usaremos frecuentemente. Se puede deducir a partir de la 1 y 2. Según la magnitud que deseamos calcular es la ecuación que utilicemos y debamos despejar para calcular nuestra incógnita. Cada una de las cuatro ecuaciones relaciona cuatro de las cinco magnitudes, por lo tanto siempre falta una de ellas. Por ejemplo, en la ecuación no aparece la aceleración, esto significa de que si deseamos calcularla o la tenemos como dato esta ecuación no nos sirve. Gráficas.- Las gráficas correspondientes a este movimiento son las indicadas abajo (o variaciones de la misma). Veamos sus características: Gráfica Velocidad en función del Tiempo: La gráfica de v(t) corresponde a una función lineal, el gráfico es una “recta”, por lo tanto su pendiente es constante. La misma sigue representando a la aceleración y el área al desplazamiento. Gráfica Aceleración en función del Tiempo: Dado que es un MRUV, la aceleración es constante, el gráfico es una recta paralela al eje del tiempo. Gráfica Posición en función del Tiempo: La gráfica r(t) debe ser siempre una rama de parábola. La pendiente de esta gráfica corresponde a la velocidad instantánea. Movimiento parabolico-"Proyectiles" Si lanzamos un objeto en dirección vertical hacia arriba y despreciamos la resistencia del aire, observamos como este se encuentra bajo los efectos de la fuerza gravitatoria terrestre, Fg, cuya aceleración tiene módulo, dirección y sentido fijo. ІgІ= 9.8 m/s2 vertical hacia abajo. Ahora estudiaremos el caso mas común de la naturaleza, cuando lanzamos un objeto hacia arriba con una inclinación determinada. Dicho cuerpo estará bajo los efectos del campo gravitacional terrestre el cual, si ignoramos de nuevo la acción de la resistencia del aire, seria otri ejemplo de movimiento con aceleración uniforme. A este tipo de objetos que se encuentran en estas condiciones se llaman proyectiles. Si analizamos el dibujo, la única fuerza actuando sobre la pelota es el … PESO “W”, por “weight” en inglés. Figura 1 Dicho proyectil experimenta una aceleración hacia abajo por efecto de la gravedad, pero difiere del movimiento rectilíneo en el hecho de que la dirección y sentido de dicha fuerza no coincide con la de la velocidad inicial. Dado que no existe ninguna fuerza que actúe en la dirección horizontal, la polota no experimenta ninguna aceleración horizontal. ¿Que pasará con la magnitud de la velocidad horizontal? Será siempre la misma. ¿Y con la componente vertical? Esta irá variando a medida que pasa el tiempo. Repasemos estos conceptos: el movimiento de un proyectil ocurre en dos dimensiones, una vertical y otra horizontal. Dichas dimensiones determinan dos componentes de dicho movimiento que llamaremos Vx y Vy. La dirección de Vx es siempre horizontal y apunta en la dirección del movimiento. Vy va variando. Analicemos el siguiente dibujo: Figura 2 Este es un dispositivo electrónico que deja caer una pelota horizontalmente desde su posición de reposo y otra verticalmente desde la misma altura. Observamos como Vx no varia mientras que Vy aumenta a medida que el proyectil cae. ¿Que crees que sucedería si el proyectil es lanzado hacia arriba? Si, Vy disminuye a medida que avanza en altura hasta llegar a una altura máxima. Luego comienza a caer nuevamente. De ahí, que describe un movimiento parabólico, por la forma de la trayectoria en dos dimensiones. Ecuaciones: A la izquierda se ven la del movimiento uniformemente acelerado y a la derecha estan adaptadas para el parabolico Dinamica Es la parte de la física que estudia la relación entre la fuerza y el movimiento. La esencia de esta parte de la física es el estudio de los movimientos de los cuerpos y sus causas, sin dejar de lado los conceptos de la cinemática, anteriormente estudiadas. Isaac Newton y las leyes del movimiento Newton, el científico Inglés mejor conocido como físico y matemático, nacido en el año 1643, en Woolsthorpe, Inglaterra, desarrolló las ideas de Galileo Galilei y sus estudios publicados en el libro Principios matemáticos de filosofía natural, en el que describía sus estudios y descubrimientos en la gravitación Universal y describió las tres leyes fundamentales del movimiento, llamado las leyes de Newton. Las tres leyes son: Principio de Inercia o Primera Ley de Newton; Principio fundamental de la dinámica y la segunda ley de Newton; Principio de Acción y Reacción o tercera ley de Newton. La primera ley de Newton describe lo que ocurre con los cuerpos que están en equilibrio. La segunda ley explica lo que sucede cuando no hay equilibrio, y la tercera ley muestra que el comportamiento de las fuerzas, cuando tenemos dos cuerpos en interacción. En el estudio del movimiento, la cinemática, se propone describirlo sin preocuparnos con sus causas. Cuando nos preocupamos con las causas del movimiento, estamos entrando en un área de la mecánica conocida como dinámica. n dinámica existen tres leyes en las que todo el estudio del movimiento puede ser resumido. Estas son las conocidas “Leyes de Newton” * Primera Ley de Newton – Ley de Inercia * Segunda Ley de Newton – Principio fundamental de la dinámica * Tercera Ley de Newton – Ley de acción y reacción La primera ley de Newton describe lo que sucede con los cuerpos que están en equilibrio. La segunda ley explica lo que sucede cuando no existe equilibrio y la tercera ley muestra como es el comportamiento de las fuerzas cuando tenemos dos cuerpos interactuando entre si. Para comprender mejor estas leyes, es preciso conocer algunos conceptos físicos muy importantes como la fuerza de equilibrio. Si por ejemplo nos detenemos a observarnos nosotros mismos, seguramente en este momento estamos sentados en una silla, leyendo este texto. Justamente ahora, sobre nosotros están actuando fuerzas, pero aún con estas fuerzas trabajando, nosotros aun continuamos en nuestro lugar. Esto sucede porque ellas están cancelándose mutuamente. Podemos decir entonces que cada uno de nosotros está en equilibrio. El reposo no es la única situación de equilibrio posible. Imagina ponerte de pie en un bus en movimiento, si el acelere, frena o realiza una curva, podremos terminar desequilibrándonos y cayendo. Pero, existe un caso en que, a pesar de estar el bus en movimiento no existirá peligro de caernos. Esto sucederá en caso que el ómnibus ejecute un movimiento rectilíneo y uniforme (en otras palabras, cuando se mueve en línea recta con velocidad constante). En esta situación, podemos decir que el ómnibus está en equilibrio. Los dos casos ejemplificados anteriormente ilustran situaciones de cuerpos en equilibrio. El primero muestra el equilibrio de los cuerpos en reposo, que es conocido como equilibrio estático. El segundo muestra el equilibrio de los cuerpos en movimiento, que es conocido como equilibrio dinámico. En los dos casos tenemos algo en común que define la situación de equilibrio y ese algo en común es el hecho de que todas las fuerzas que están actuando se están anulando Por tanto: El equilibrio ocurre en toda situación en que las fuerzas actuantes en determinado cuerpo se cancelan La Primera Ley de Newton – La ley de la Inercia En la naturaleza, todos los cuerpos presentan cierta resistencia a las alteraciones en su estado de equilibrio, sea el estático o dinámico. Imagina que tengas que patear dos bolas diferentes, una de futbol y una de boliche. Es claro que la bola de futbol será pateada con más facilidad que la de boliche, que presenta una mayor resistencia para salir de su lugar, por lo tanto una mayor tendencia a mantenerse en equilibrio, o un mayor grado de inercia. Se define inercia como una resistencia natural de los cuerpos a alteraciones en su estado de equilibrio. La primera ley de Newton trata de los cuerpos en equilibrio y puede ser enunciada de la siguiente forma: Cuando las fuerzas actuantes en un cuerpo se anulan, el permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Un objeto que reposa sobre una mesa, por ejemplo, está en equilibrio estático y tiende a permanecer en esta condición indefinidamente. En el caso de los cuerpos en movimiento, podemos imaginar un coche en movimiento que frena bruscamente. Los pasajeros serán lanzados hacia el frente porque tienden a continuar en movimiento. Fuerza Resultante En nuestro cotidiano, es imposible encontrar un cuerpo sobre el cual no existan fuerzas actuando, porque el solo hecho de encontrarnos sobre la Tierra, nos hace someternos a la fuerza de gravedad. Muchas veces estas fuerzas se anulan, lo que resulta en equilibrio. En otros casos, la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es diferente de cero. Cuando esto ocurre, el resultado de estas fuerzas es definido como fuerza resultante. La determinación de una fuerza resultante no es algo simple, ya que se trata de una magnitud vectorial. Esto quiere decir que una fuerza es definida por una intensidad, una dirección y un sentido. Como la fuerza se trata de una magnitud vectorial, no podemos determinar la fuera resultante utilizando el álgebra al que estamos acostumbrados. Entonces, es necesario conocer un proceso matemático, llamado suma vectorial. A continuación les ilustramos los casos más conocidos para la determinación de la fuerza resultante de dos fuerzas aplicadas en un cuerpo. Caso 1 – Fuerzas con la misma dirección y sentido Caso 2 – Fuerzas perpendiculares Caso 3 – Fuerzas con la misma dirección y sentidos opuestos Caso 4 – Caso General – Ley de los Cosenos La Segunda Ley de Newton Cuando diversas fuerzas actúan en un cuerpo y ellas no se anulan, es porque existe una fuerza resultante. Y como se comporta un cuerpo que está bajo una fuerza resultante? La respuesta fue dada por Newton en su segunda Ley del Movimiento. En esas situaciones Newton explicó, que el cuerpo sufrirá una aceleración. Fuerza resultante y aceleración son dos magnitudes físicas íntimamente ligadas. La segunda ley de Newton también nos muestra como fuerza y aceleración se relacionan: esas dos magnitudes son directamente proporcionales. Esto quiere decir que, si aumentamos la fuerza, la aceleración va a aumentar en la misma proporción. La relación de proporción entre fuerza y aceleración la mostramos a continuación: Para que podamos cambiar la proporción por una igualdad, precisamos insertar en la ecuación de arriba, una constante de proporcionalidad. Esta constante es la masa del cuerpo en que es aplicada la fuerza resultante. Por ello, la segunda ley de Newton es representada matemáticamente por la fórmula: La segunda ley de Newton también nos enseña que, fuerza resultante y aceleración serán vectores siempre con la misma dirección y sentido. Unidades de fuerza y masa en el Sistema Internacional. Fuerza: Newton (N) Masa: Kilogramo (Kg) Movimiento de un cuerpo en un plano horizontal. Para resolver problemas de este tipo tendremos en cuenta el Segundo Principio de Newton (F=m·a) e igualaremos esta fuerza al producto de la aceleración por la masa del objeto. Así pues, reajustaremos la ecuación para despejar la incógnita que nos pidan. Normalmente ésta será la aceleración del sistema. Por lo tanto: m·a = Fa-µ·m·g, de donde: a=(Fa-µ·m·g)/m. Si el objeto no es empujado, sino que se abandona libremente a sí mismo, no habrá fuerza aplicada. La aceleración vendrá dada por: a=-(µ·m·g)/m. Caída de un cuerpo por un plano inclinado: Si se trata de un plano inclinado la cruz de fuerzas del sistema queda como vemos a la derecha. Esta vez, la fuerza que produce el movimiento de caída no es únicamente el peso del cuerpo sino su componente en la dirección del plano, el seno del ángulo de inclinación. Y la fuerza normal N es la componente del peso que va en dirección perpendicular al plano, el coseno del ángulo de inclinación. Es decir, que la fuerza aplicada a la caída será: Fa=m·g·senα, y la normal: N=m·g·cosα. El valor de la fuerza de rozamiento será: Fr=µ·N=µ·m·g·cosα. Por lo tanto, la fuerza efectiva será la suma de fuerzas del sistema: F=Fa-Fr=m·g·senα-µ·m·g·cosα. Si aplicamos la Segunda Ley de Newton, la ecuación fundamental de la dinámica de traslación (F=m·a), podemos plantear: m·a=m·g·senα-µ·m·g·cosα de donde: a=g·senα-µ·g·cosα=g(senα-µ·cosα). Fuerza de rozamiento Si un coche que circula por una carretera horizontal se deja en “punto muerto” (el motor, en este caso, no ejerce fuerza alguna sobre él) debería (según la ley de inercia de newton) seguir con movimiento rectilíneo y uniforme; sin embargo la experiencia demuestra que termina parándose. ¿Por qué? Pues obviamente porque existe siempre una fierza que se opone al movimiento y por eso la situación que modela la mencionada ley no puede ser real en nuestro mundo. Es la llamada fuerza de rozamiento: Fuerza de rozamiento es toda fuerza opuesta al movimiento, la cual se manifiesta en la superficie de contacto de dos cuerpos siempre que uno de ellos se mueva o tienda a moverse sobre otro. Coeficiente de rozamiento: El rozamiento es independiente de la velocidad y del valor de la superficie de los cuerpos en contacto. Esta fuerza depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto y del grado de pulimento de sus superficies. Es proporcional a la fuerza que actúa sobre el móvil perpendicularmente al plano de movimiento. A ésta última se la denomina fuerza normal (N). Por lo tanto matemáticamente escribimos: Fr= µ·N, donde µ es un coeficiente característico de las superficies en contacto, denominado coeficiente de rozamiento. Coeficiente de rozamiento de un cuerpo sobre otro es la relación que existe entre la fuerza de rozamiento y la que actúa sobre el móvil perpendicularmente a su plano de deslizamiento. Rozamiento estático y dinámico: Como todos sabemos, es más difícil (hay que hacer más fuerza) iniciar el movimiento de un cuerpo sobre otro que para mantenerlo una vez ya conseguido. Esto nos indica que hemos de distinguir dos coeficientes de rozamiento distintos: -rozamiento estático, que dificulta la tendencia del cuerpo hacia el movimiento. -rozamiento dinámico, que da origen a la fuerza que se opone al movimiento del cuerpo cuando éste ya se mueve. En general, el coeficiente de rozamiento estático es ligeramente superior al dinámico. La expresión F = µ · N indica, en realidad, el valor mínimo de la fuerza que hay que ejercer para lograr el movimiento del cuerpo y, por tanto, el máximo valor de la fuerza de rozamiento. Si el valor de la fuerza aplicada es menor que este máximo el cuerpo no se moverá y el valor del rozamiento se igualará a ella, anulándola. Es decir, si cuando empujamos un objeto para arrastrarlo (por ejemplo) ejercemos fuerza y vemos que no se mueve, incrementamos nuestra fuerza y sigue sin moverse, es porque el objeto realiza contra nosotros la misma fuerza y el sistema se anula. Cuando nuestra fuerza supere µ·N (donde µ depende de la naturaleza de las superficies y N = mg para superficies planas y N=mgcosα para superficies inclinadas) entonces el objeto se moverá. Movimiento circular uniforme Según la primera ley de Newton, todo cuerpo que se mueve en línea recta con velocidad constante, mantendrá inalterada esta condición a menos que actúe sobre el una fuerza externa. La velocidad de un cuerpo es una cantidad definida por su rapidez, dirección y sentido del movimiento. Así como es necesario ejercer una fuerza para cambiar su rapidez, también debe existir una fuerza para cambiar su dirección. Si esa fuerza actúa en la dirección del movimiento, provoca una aceleración positiva o negativa (dependiendo de su sentido) pero no provocara cambio alguno en la dirección del movimiento. Definición: El movimiento circular uniforme es un movimiento en el cual la velocidad no cambia, pues solo hay un cambio en la dirección. En la figura observamos que la fuerza que mantiene la piedra girando la ejerce una cuerda, haciendo que esta se mueva en una trayectoria circular. ¿Te imaginas lo que sucedería si la cuerda se cortara? La piedra saldría volando en dirección tangencial a la circunferencia. A esta fuerza que siempre apunta hacia el centro de la trayectoria la llamamos FUERZA CENTRíPETA. Si seguimos lo establecido por la segunda ley de Newton: F= m . a entonces la fuerza centrípeta la encontraríamos mediante: F= m . ac masa por la aceleración centrípeta El término centrípeta significa que la aceleración siempre se dirige hacia el centro y esta dada por: ac= v2/R donde R es el radio de la trayectoria circular y v es la velocidad tangencial a la trayectoria circular sus unidades son las mismas que para el movimiento lineal. S.I.: m/s2 de aquí deducimos Fc= m . v2/R Dinamica del movimiento circular En este tipo de movimiento existe únicamente aceleración normal constante (centrípeta: a=v2/r), la aceleración tangencial (con sentido tangente a la trayectoria en cada punto) será nula. Ésta aceleración tendrá que ser originada también por una fuerza constante dirigida en la misma dirección y sentido (recordamos que F=m·a), es decir, perpendicular a la dirección de la velocidad y con sentido hacia el centro de la circunferencia. Su valor vendrá dado por: F = m·anormal = m·v2/r. La velocidad angular viene representada por un vector axial cuya dirección es perpendicular al plano de giro y su sentido sigue la regla del tornillo. Por lo tanto, v= ω2·r y F = m·v2/r = m·ω2·r. A esta fuerza se le llama fuerza normal o fuerza centrípeta. Fuerza gravitatoria Recordaremos en primer lugar cual era la fórmula de la fuerza gravitatoria que nos proporciona la ley de Newton de la gravitación universal. Definicion: La fuerza gravitatoria que una masa puntual M ejerce sobre otra masa puntual m que se encuentra a una distancia r de la anterior es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias que las separa. Por tanto, viene dada por la siguiente expresión, donde G es una constante universal: PROPIEDADES DE LA FUERZA GRAVITATORIA A partir del estudio de la fórmula anterior podemos deducir las siguientes propiedades: a) Es una fuerza de largo alcance. Teóricamente solo se anulará si las masas están separadas por una distancia infinita, aunque a efectos prácticos, no es necesaria una distancia tan grande para que, en algunas situaciones, sus valores se consideren despreciables. b) Es independiente del medio en que se encuentran las masas. Como la constante G de gravitación universal tiene un valor constante, hace que la interacción gravitatoria sea la menos intensa de todas las interacciones fundamentales. c) Es una fuerza central ya que actúa según la línea que une las masas que interaccionan. La segunda ley de Kepler es una consecuencia de este hecho. En efecto, supongamos un planeta P que en un cierto instante se encuentra en la posicion r respecto al Sol. Transcurrido un tiempo dt habrá sufrido un desplazamiento dr y el vector que le une al Sol habrá barrido la siguiente área por unidad de tiempo, es decir, la velocidad areolar del planeta es: Cinematica del Solido rigido La ecuación básica que describe el movimiento de rotación es la ecuación de movimiento para el momento angular total: 1- Tenga en cuenta que el tensor de inercia se determina en un sistema conectado al centro de masas y cómo esta está girando, puede recordar la expresión y escribir: 2- Mediante la ecuación 2- en 1- obtenemos Teniendo que cuenta: Y teniendo los componentes de la ecuación a lo largo de los ejes principales se obtiene: Estas ecuaciones se conocen como ecuaciones de Euler. La máquina de Atwood es un dispositivo bastante simple que permite la determinación de la aceleración de los cuerpos en movimiento, las pruebas las leyes de la mecánica. Consta de dos cuerpos de masas m 1 de 2 internos por un cable que pasa por una polea. En problemas más simples que simplificar el problema suponiendo que no tiene masa. Esto es claramente una aproximación. Y luego hay que tener en cuenta su rotación. Así, además de las ecuaciones usuales de movimiento de las partículas de masa m 1 de cada 2 Donde T 1 y T 2 son las fuerzas de sujeción de los cables, ahora tenemos la ecuación de movimiento de la polea Tenga en cuenta que T 2, T = 1 sólo es posible si descuidamos la masa de la polea. Recordando que: La solución ahora se convierte, por medio de ecuaciones: Si tomamos las dos partículas inicialmente en reposo y en la misma altura (z = 0) que tenemos para la energía total: E=0 Cuando se mueven desde una altura h de la posición original, la energía es: Entonces tenemos que, Por lo tanto se obtiene El yo-yo es un carrete de hilo en el que se extendía un eje flexible. Sostenga el extremo del alambre y dejar de lado el yo-yo que rueda hacia abajo hasta el final del alambre. En ese momento, volver a enrollar el cable, lo que hace la subida. El movimiento de traslación del yo-yo es debido a la fuerza de la tensión en el cable y el peso. Tenemos, por tanto, al centro de masas del yo-yo, mientras que la rotación es descrita por la ecuación donde R es el radio del eje central y que es el momento de inercia alrededor del eje que pasa por el centro de masa. Como la ecuacion se escribe como Y por lo tanto luego tenemos: y asiLa energía cinética está dada por La energía ahorrada se da por Suponiendo que E = 0 (el yo-yo se detuvo en X = 0), obtenemos Para cada posición del yo-yo tiene dos velocidades El signo + es válida cuando el yo-yo hacia abajo. El signo – se asocia con el movimiento hacia arriba. La velocidad máxima se alcanza cuando todo el alambre de longitud L se desenrolla Al cambiar el signo no es una variación del tiempo dado por Y por lo tanto una fuerza (tirando del cable) propuesta porDonde Δt es el intervalo de tiempo en el que se produjo un cambio en el tiempo. No agrego nada de Hidroestatica ni Energia, trabajo, choque y fuerza de impacto porque se iba a hacer muy tedioso. Espero que te sirva, ya que a mi me sirvio bastante