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Arrhenius: electroquímica

10 domingo Jun 2018

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA, Premios ciencia, Química

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anión, ácido, base, catión, disociación electrolítica, ecuación Arrhenius, efecto invernadero, energía activación, Premio Nobel

arrhenius

Las teorías de Arrhenius son el primer paso para dar una interpretación molecular de los procesos que ocurren en una reacción química.

 

En su época se reconocían como  bases cuando en una disolución acuosa tenían determinadas características: si la base está bien disuelta la mezcla tiene un sabor amargo; al poner en contacto el papel tornasol con la disolución éste cambia su color de rojo a azul; al tacto éstas sustancias son resbaladizas y jabonosas; y cuando reaccionan con los ácidos dan como productos agua y sales.

 
Svante August Arrhenius nace en Wijk (1859) Suecia. Estudia en la Universidad de Upsala, donde estudió matemáticas, química y física. Se doctoró en 1884, en su tesis de Licenciatura sienta las bases de la “teoría de la disociación electrolítica”, que más tarde confirmó experimentalmente. De cómo los electrolitos se disociaban en sus iones cuando se encontraban en disolución y la fuerza relativa e dichos iones según fuesen ácidos o bases.
Amplia estudios en Riga, Würxburg, Graz, Amsterdam, Leipzig… Su labor docente se desarrolla en Uppsalla y Estocolmo. Ocupa cargos como profesor de física en la Universidad donde cursó estudios universitarios, alcanzando el grado de catedrático y convirtiéndose en rector. Trabajó en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo y fue director del Instituto Nobel de fisicoquímica.

 
Recibe el Premio Nobel de Química en 1903 el mismo año que los esposos Curie reciben el Premio Nobel de Física. Muere en el año 1927.
En 1889 publica su trabajo: “sobe la disociación de sustancias en soluciones acuosas”. Sus trabajos fueron sobre diversos campos de la ciencia: poder de difusión de las soluciones, conductividad eléctrica, influencia de la Luna en el estado eléctrico de la Tierra, influencia de los iones y electricidad atmosférica en la salud, el efecto invernadero producido por la contaminación de gases nocivos como en dióxido de carbono, desarrolla la teoría cosmogónica o de la panspermia que explica el nacimiento de la vida en la Tierra, gracias a las bacterias. Desarrolló “la ecuación de Arrhenius”, que explica la relación de la temperatura con la velocidad de las reacciones. También escribió un “Tratado de electroquímica” (1901) y “Tratado de física cósmica” (1903). Murió en 1927 en Estocolmo.

 

Teoría de la disolución electrolítica
En la segunda parte de sus tesis, “Théorie chimique des electrolytes”, más teórica que la primera, Arrhenius argumentaba que se consideraba una solución de sal como una mezcla de partes “activas” (electrólitos) e “inactivas” (no electrólitos). Al diluir, el número de partes activas se incrementaba. La disolución electrolítica aumentaba con la dilución:
“Todas las sales existen en solución como moléculas complejas, las cuales se descomponen parcialmente al diluirse. Con ayuda de esta representación se explican las propiedades de las sales en todas las diluciones, así como también las propiedades de todos los electrólitos en concentraciones suficientemente elevadas”.

 

experiment-ea30b60e2d_1920
Arrhenius proponía que los electrolitos, sustancias que en disolución permiten el paso de la corriente eléctrica, se disociaban al entrar en disolución, formando iones, en tal proporción, que el número de cargas totales de los aniones (iones con carga negativa) era igual que el número de cargas totales de los cationes (iones con carga positiva), formaban disoluciones eléctricamente neutras.
La concentración es la magnitud química y elemental en electroquímica que expresa la cantidad de un elemento o de un compuesto por unidad de volumen. En el sistema Internacional se emplea el mol/m3. A cada sustancia le corresponde un valor de solubilidad, que es la cantidad máxima de ella (soluto) que puede haber en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, la presión, otras sustancias disueltas o en suspensión y cuál sea la cantidad y la concentración de ellas. En química para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc.

 

 

Teoría de ácidos y bases
Definió las sustancias ácidas como sustancias químicas que contienen hidrógeno y al ser disueltas en agua se producía una concentración de iones de hidrógeno o protones, mayor que la del agua pura. Y definió a la base como una sustancia química que al ser disuelta en agua produce iones hidroxilo OH-.

 

Teoría del efecto invernadero
Calculó por primera vez como el CO2 atmosférico retiene en la atmósfera la radiación infrarroja proveniente del Sol. Mediante la “Ley de Stefan-Boltzmann” formuló su Ley de efecto invernadero: si la cantidad de ácido carbónico (CO2) aumenta en progresión geométrica, el aumento de la temperatura aumentará casi en progresión aritmética.
Una duplicación del CO2 provocaría un aumento de temperatura de 5-6º.

 

Teoría del ion electrón
Arrhenius definió a los ácidos como sustancias del tipo HX que en solución se disocian produciendo H+ y X-, definiendo a las bases MOH, como sustancias que en solución producen M+ y OH-, y a la neutralización como el resultado de la combinación de esos iones.
La reacción de neutralización para su definición sería:
H+ + OH- —— H20 + sales
Representando por AH la fórmula de un ácido genérico, la reacción de disociación del ácido se puede escribir, de acuerdo a las ideas de Arrhenius, en la forma:
AH << A- (aq) + H+ (aq)
En los ácidos fuertes la reacción estaría desplazada hacia la derecha de modo que abundarían más los iones H+ (aq).
Generalizando los resultados de las anteriores reacciones, Arrhenius concluyó que eran bases todas aquellas sustancias capaces de dar en disolución acuosa iones OH-.

 

Teoría de la panspermia
Popularizó este término al desarrollar la hipótesis cosmogónica en los libros “Escritos de la física cósmica” y “El devenir de los mundos”. El Universo es una inmensa máquina térmica funcionando entre manantiales calientes (las estrellas) a los fríos (las nebulosas). Se traslada la vida o las moléculas necesarias para formar la vida de un astro a otro.

 

Teoría de Arrhenius

La velocidad de una reacción depende de la temperatura, de la composición. En la ecuación de Arrhenius:

 

Ecuación de Arrhenius

 

• K0 : representa el factor de frecuencia
• Ea : la energía de activación de la reacción

A temperatura constante cuanto mayor es la Ea, mas pequeña será la constante de velocidad y más lenta será la velocidad de reacción. Si las velocidades de reacción son rápidas, la Ea será pequeña.

 

Quasi-equilibrium1
Hay un nivel de energía del estado activado en la formación de los productos a partir de los reactantes, una barrera de energía que debe superarse: “Energía de Activación”.

 

 

Bibliografía:
• William H. Brock; “Historia de la Química”, Editorial Alianza; 1998

 

• Enciclopedia Británica. Svante Arrhenius.
https://www.britannica.com/biography/Svante-Arrhenius

 

 

Links relacionados:

 

• The Nobel Prize in Chemistry 1903. Nobelprize.org. Svante Arrhenius.
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1903/arrhenius-facts.html

 

• Uppsala University. Research
https://www.uu.se//en/research#__utma=1.1668933299.1528043798.1528043798.1528043798.1&__utmb=1.1.10.1528043798&__utmc=1&__utmx=-&__utmz=1.1528043798.1.1.utmcsr=google|utmccn=(organic)|utmcmd=organic|utmctr=(not%20provided)&__utmv=-&__utmk=85956505

 

 

 

 

 

 

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Cumbre del Clima 2015: París (COP21)

04 viernes Dic 2015

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA

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Etiquetas

calentamiento, cambio climático, deforestación, efecto invernadero, Jefe Seattle, primera proclama ecológica

paris

Desde el lunes 30 de noviembre hasta el viernes 11 de diciembre 150 jefes de Estado y de Gobierno  de 195 países , intentaran buscar un acuerdo para evitar que la temperatura del planeta aumente más de dos grados a finales de siglo, debido a actividades humanas que liberan gases de efecto invernadero, como la quema de combustibles fósiles.

Una nueva cumbre que se celebra desde 1992, para tratar de tomar medidas para hacer un plan práctico. COP21 (Conferencia de las Partes de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre Cambio Climático).

Los modelos informáticos predicen que los gases capaces de retener calor que se han lanzado a la atmósfera durante los últimos doscientos años harán que la temperatura media mundial suba entre uno y cuatro grados Celsius en los próximos 50 a 75 años.  Lo observado concuerda con el “efecto invernadero”, otros factores desde erupciones volcánicas hasta las corrientes oceánicas, influyen en el clima y lo enmascaran. Es posible que el efecto invernadero sea más intenso de lo que los modelos indican y haya sido en parte compensado por variaciones climáticas naturales o por otras actividades humanas.

El dióxido de carbono que se genera tiene un efecto invernadero, atrapa el calor en la superficie del planeta:

  • 2ºC se consideran un calentamiento global peligroso
  • Desde la Revolución Industrial han subido un 30% los niveles de CO2
  • Un 4% ha retrocedido el hielo en el Ártico
  • Sufrimos últimamente años cálidos
  • 2014 ha alcanzado récord histórico de acumulación de gases de efecto invernadero
  • La agricultura, la deforestación y los usos del suelo son responsables del 24% de las emisiones globales.

 

El objetivo es:

  • reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 40% en 2030 y un 60% en 2040 (respecto a 1990).
  • Limitar el aumento de la temperatura global menos de 2ºC

 

 

El principal problema es que los países en desarrollo necesitan seguir quemando petróleo y carbón hasta que terminen con su subdesarrollo, y los países desarrollados han usado sin restricciones los combustibles fósiles durante dos siglos. Hay que buscar un equilibrio de los países entre la necesidad y el derecho.

 

 

Para los pueblos indígenas los bosques son todo: su centro comercial, su hospital, su hogar. Se ven reducidos por actividades petroleras o grandes infraestructuras. Dejando una “huella” con la tala de árboles. Cada año se pierden 12 millones de hectáreas, dependen de los bosques 1.000 millones de personas en el planeta y se incrementa así un 11% las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.

La Primera Proclama Ecológica conocida en el mundo fue realizada por el Jefe Seattle de la tribu Swamish, habitantes entonces de los territorios del noroeste americano:

 

ASÍ TERMINA LA VIDA Y COMIENZA EL SOBREVIVIR

El Gran Jefe de Washington manda decir que desea comprar nuestras tierras.

El Gran Jefe también nos envía palabras de amistad y buena voluntad.

Apreciamos esta gentileza porque sabemos que poca falta le hace, en cambio, nuestra amistad. Vamos a considerar su oferta, pues sabemos que de no hacerlo, el hombre blanco podrá venir con sus armas de fuego y tomarse nuestras tierras. El Gran Jefe en Washington podrá confiar en lo que dice el Jefe Seattle con la misma certeza con que nuestros hermanos blancos podrán confiar en la vuelta de las estaciones. Mis palabras son inmutables, como las estrellas.

¿Cómo podéis comprar o vender el cielo? ¿El calor de la tierra? Esa idea nos parece extraña. No somos dueños de la frescura del aire ni del centelleo del agua. ¿Cómo podrías comprárnoslos a nosotros? Lo decidiremos oportunamente. Habéis de saber que cada partícula de esta tierra es sagrada para este pueblo.

Cada hoja resplandeciente, cada playa arenosa, cada neblina en el oscuro bosque, cada claro y cada insecto con su zumbido son sagrados en la memoria y experiencia de mi pueblo. La savia que circula en los árboles porta la memoria del hombre de piel roja.

Los muertos del hombre blanco se olvidan de su tierra natal cuando se van a caminar entre las estrellas. Nuestros muertos jamás olvidan esta bella tierra, porque ella es la madre del hombre de piel roja. Somos parte de la tierra, y ella es la madre del hombre de piel roja. Somos parte de la tierra, y ella es parte nuestra. Las fragantes flores son nuestras hermanas: el venado, el caballo, el águila majestuosa son nuestros hermanos. Las crestas rocosas, la savia de la pradera, el calor corporal del potrillo y el hombre, todos pertenecen a la misma familia.

Por eso, cuando el Gran Jefe en Washington manda decir que desea comprar nuestras tierras, es mucho lo que pide. El Gran Jefe manda decir que reservará un lugar para que podamos vivir cómodamente entre nosotros. El será nuestro padre, y nosotros seremos sus hijos. Por eso, consideraremos su oferta de comprar nuestras tierras. Más ello no será fácil porque estas tierras son sagradas para nosotros. El agua centelleante que corre por los ríos y esteros no es meramente agua, sino la sangre de nuestros antepasados. Si os vendemos estas tierras, tendréis que recordar que ellas son sangradas, y deberéis enseñar a vuestros hijos que lo son, y que cada reflejo fantasmal en las aguas claras de los lagos, habla de acontecimientos y recuerdos en la vida de mi pueblo. El murmullo del agua es la voz del padre de mi padre.

Los ríos son nuestros hermanos, ellos calman nuestra sed. Los ríos llevan nuestras canoas y alimentan a nuestros hijos. Si os vendemos nuestras tierras, deberéis recordar y enseñar a vuestros hijos que los ríos son nuestros hermanos y hermanos de vosotros; deberéis en adelante dar a los ríos el trato bondadoso que darías a cualquier hermano.

Sabemos que el hombre blanco no comprende nuestra manera de ser. Le da lo mismo un pedazo de tierra que el otro, porque él es un extraño que llega en la noche a sacar de la tierra lo que necesita. La tierra no es su hermano, sino su enemigo. Cuando la ha conquistado, la abandona y sigue su camino.

Deja detrás de él la sepultura de sus padres sin que le importe. Olvida la sepultura de sus padres y el derecho de sus hijos. Trata a su madre, la tierra, y a su hermano, el Cielo, como si fuesen cosas que se pueden comprar, saquear y vender, como si fueran corderos y cuentas de vidrios. Su insaciable apetito devorará la tierra y dejará tras de sí sólo un desierto.

No lo comprendo. Nuestra manera de ser es distinta de la vuestra. La vista de vuestras ciudades hace doler la vista del hombre de piel roja. Pero quizás sea así porque el hombre de piel roja es un salvaje y no comprende las cosas. No hay ningún lugar tranquilo en las ciudades del hombre blanco, ningún lugar donde pueda escucharse el desplegarse de las hojas en primavera o el rozar de las alas de un insecto.

Pero quizás sea así porque soy un salvaje y no puedo comprender las cosas. El ruido de la ciudad parece insultar a los oídos. Y ¿qué clase de vida es cuando el hombre es incapaz de escuchar el solitario grito de la garza o la discusión nocturna de la rana alrededor de la laguna? Soy un hombre de piel roja y no lo comprendo. Los indios preferimos el suave sonido del viento que acaricia la cara del lago y el olor del mismo viento, purificado por la lluvia del mediodía o perfumado por la fragancia de los pinos.

El aire es algo precioso para el hombre de piel roja porque todas las cosas comparten el mismo aliento: el animal, el árbol y el hombre. El hombre blanco parece no sentir el aire que respira. Al igual que un hombre muchos días agonizante, se ha vuelto insensible al hedor.

Más, si os vendemos nuestras tierras, debéis recordar que el aire es precioso para nosotros, que el aire comparte su espíritu con toda la vida que sustenta. Y si os vendemos nuestras tierras, debéis dejarlas aparte y mantenerlas como sagradas, un lugar al cual podrá llegar incluso el hombre blanco a saborear el viento dulcificado por las flores de la pradera.

Consideraremos vuestra oferta de comprar nuestras tierras. Si decidimos aceptarla, pondré una condición: que el hombre blanco deberá tratar los animales de estas tierras como hermanos. Soy un salvaje y no comprendo otro modo de conducta. He visto miles de búfalos pudriéndose sobre la pradera, abandonados allí por el hombre blanco, que les disparó desde un tren en marcha. Soy un salvaje y no comprendo cómo el humeante caballo de vapor puede ser más importante que el búfalo que sólo matamos para poder vivir. ¿Qué es el hombre sin los animales? Si todos los animales hubiesen desaparecido, el hombre moriría de una gran soledad de espíritu. Porque todo lo que ocurre a los animales pronto habrá de ocurrir también al hombre. Todas las cosas están relacionadas entre sí.

Vosotros debéis enseñar a vuestros hijos que el suelo bajo sus pies es la ceniza de sus abuelos. Para que respeten la tierra, debéis decir a vuestros hijos que la tierra está plena de vida de nuestros antepasados. Debéis enseñar a vuestros hijos lo que nosotros hemos enseñado a los nuestros: que la tierra es nuestra madre. Todo lo que afecta a la tierra afecta a los hijos de la tierra. Cuando los hombres escupen en el suelo, se escupen a sí mismos.

Esto lo sabemos: la tierra no pertenece al hombre, sino que el hombre pertenece a la tierra. El hombre no ha tejido la red de la vida: es sólo una hebra de ella. Todo lo que haga a la red, se lo hará así mismo. Lo que ocurre a la tierra ocurrirá a los hijos de la tierra. Lo sabemos. Todas las cosas están relacionadas como la sangre que une a una familia.

Aún el hombre blanco, cuyo Dios se pasea con él y conversa con él de amigo a amigo, no puede estar exento del destino común. Quizás seamos hermanos después de todo. Lo veremos.

Sabemos algo que el hombre blanco quizás descubra algún día: que nuestro Dios es su mismo Dios. Ahora pensáis quizá que sois dueños de Él, tal como deseáis ser dueños de nuestras tierras, pero no podréis serlo. El es el Dios de la Humanidad, y su compasión es igual para el hombre de piel roja que para el hombre blanco. Esta Tierra es preciosa para Él, y causarle daño significa mostrar desprecio hacia su Creador. Los hombres blancos también pasarán, tal vez antes que las demás tribus. Si contamináis vuestra cama, moriréis alguna noche, sofocados por vuestros propios desperdicios. Pero aún en vuestra hora final os sentiréis iluminados por la idea de que Dios os trajo a estas tierras y os dio el dominio sobre ellas y sobre el hombre de piel roja con algún propósito especial. Tal destino es un misterio para nosotros porque no comprendemos lo que será cuando los búfalos hayan sido exterminados, cuando los caballos salvajes hayan sido domados, cuando los recónditos rincones de los bosques exhalen olor a muchos hombres y cuando la vista hacia las verdes colinas esté cerrada por un enjambre de alambres parlantes

 

 

 

 

Links relacionados:

 

 

  • Cumbres de la Naciones Unidas sobre “el cambio climático”

               http://library.fes.de/pdf-files/bueros/la-energiayclima/09155.pdf

  • Convenciones de las Naciones Unidas para “el cambio climático” 

               http://unfccc.int/portal_espanol/items/3093.php 

 

  • Organismos relacionados con “el cambio climático” 

http://www.magrama.gob.es/es/cambio-climatico/organismos-y-organizaciones/

 

 

 

 

 

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