QUÍMICA MÉDICA

TEMA:

SEMINARIO N° 02 MATERIA Y ENERGÍA

DOCENTE:

DR. PEDRO MERCADO MARTÍNEZ

INTEGRANTES:

SECCIÓN:

02C

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN

La ciencia ocupa cada vez un lugar más importante en nuestra sociedad. Hoy día hay más científicos que en toda la historia de la humanidad. Sin embargo, a pesar de la omnipresencia de la ciencia en su vida, a la mayoría de nuestros contemporáneos se les dificulta decir qué es la ciencia exactamente. Los humanos somos seres abiertos al mundo que nos rodea y al futuro. Desprovistos nuestros cuerpos de medios suficientemente eficaces para afrontar los diversos peligros que se nos puedan presentar, desarrollamos el pensamiento anticipativo para prever las diferentes situaciones. El presente trabajo se enmarca dentro de una propuesta de investigación realizada por alumnos y alumnas de la facultad de Medicina Humana de la USMP. Pretendemos afianzar y ampliar un poco más sobre lo que es el tema: “Materia y Energía”. En el curso de Química(seminario).

1. Defina materia y energía. ¿Cómo se originó la materia y la energía en el universo?

Materia:Al hablar de materia tocamos un tema que año tras año nos ha motivado a la investigación de los diversos fenómenos que ocurren en nuestro alrededor, sin embargo, aun así no se ha podido definirla con precisión, pero si podemos describir sus diversas propiedades.

Tomando un punto de vista científico podemos señalar que la materia es todo objeto o material que ocupa un determinado lugar en el espacio.Es todo aquello que puede percibir nuestros sentidos. Es percibido porque está dotado de cantidad y extensión. La cantidad es la masa y la extensión es el espacio que ocupa.

La masa es una propiedad que nos permite medir la cantidad de materia, gracias a la masa la materia puede ser identificada y diferenciada de otras.

Energía: la energía es la sustancia primigenia y elemental, que constituye absolutamente a todas las cosas en el universo. Podemos llegar a ella para estudiarla y empezar a comprender su composición y funcionamiento a través de la variedad de formas que adopta, así como de la infinita cantidad de vibraciones en las cuales ésta se nos manifiesta.

La energía es aquello que sostiene a la materia, que la concentra y hace que ésta adquiera una forma y tenga un funcionamiento. La ausencia de la energía revierte el proceso, sometiendo a la materia a la desintegración, es decir, a la pérdida de su información de utilidad y al fenómeno de entropía.

Origen: el origen y la evolución de la materia están estrechamente ligados al origen del universo y a su propia evolución, ya que los procesos cósmicos son sus constantes cambios incluyen la continua transferencia de energía y transformación de la materia.La materia del universo nació de forma violenta. El hidrógeno y el helio surgieron de intenso calor de la gran explosión: “Big Bang”, hace unos 15 000 millones de años. Otros átomos más complejos se fueron originando en las ardientes profundidades de las estrellas. Violentas explosiones esparcieron los elementos una vez formados por el espacio interestelar. La atracción gravitatoria los moldeó en nuevas estrellas y planetas y el electromagnetismo construyó con ellos las moléculas de la vida. Ahora todo lo que nos rodea es el legado de generaciones de estrellas.

2. ¿A qué se denomina antimateria?

Las partículas de antimateria son partículas subatómicas con propiedades opuestas a las de las partículas de materia “normal”. Por ejemplo, un positrón es la antipartícula equivalente al electrón y tiene carga positiva. Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan, liberando cantidades masivas de energía, según la famosa ecuación de A. Einstein E=mc2, dondeE es igual a energía, m es igual a masa, y c es la velocidad de la luz.Las partículas de antimateria son creadas en las colisiones de alta velocidad. En los primeros momentos después del Big Bang, solo existía energía. Conforme el Universo se enfrió y expandió, se produjeron partículas de materia y antimateria en cantidades iguales.

3. ¿Qué inter-relaciones se producen entre materia y energía?La interrelación entre la materia y energía se refiere a una de las consecuencias de la Teoría de la Relatividad Especial relacionada con la equivalencia de materia y energía. Esta semejanza se debe a que masa y energía son cantidades proporcionales. Es decir, una pequeña masa implica una gran energía porque la proporcionalidad es la velocidad de la luz y, ésta es grande. Esto se expresa en la más famosa de las ecuaciones de la física de todos los tiempos: E=mc2, donde m representa a la masa, E es la energía y c es la velocidad de la luz.

En síntesis, de acuerdo al propio Einstein, “... la masa es una medida directa de la energía contenida en los cuerpos...”. Por otra parte, de acuerdo al Principio de Relatividad “... la luz transfiere masa...”. 

4. ¿Cuáles son las fuerzas fundamentales? Defina cada una de ellas.Fuerzas fundamentales son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas. Las fuerzas o interacciones fundamentales conocidas hasta ahora son cuatro: gravitatoria, electromagnética,

nuclear fuerte y nuclear débil.

-La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un sólo sentido, pero de alcance infinito.

-La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, tiene dos sentidos (positivo y negativo) y su alcance es infinito.

-La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera, protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la fuerza electromagnética.

-La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.

5. ¿Cuáles son los constituyentes fundamentales de la materia?

Los constituyentes fundamentales de toda la materia del universo. Hasta el descubrimiento del electrón por J.J.Thompsom en 1897 se pensaba que los átomos eran los constituyentes fundamentales de la materia. Este hallazgo junto con el de Rutherford del núcleo y del protón en 1911, hizo evidente que los átomos no eran elementales, en el sentido de que tienen estructura interna. El descubrimiento de Chadwick del neutrón en 1932 completó el modelo atómico basado en un núcleo atómico consistente en protones y neutrones rodeados de un número suficiente de electrones como para equilibrar la carga nuclear. Sin embargo, no explicaba la gran estabilidad del núcleo, que claramente no podía mantenerse unido por una interacción electromagnética, pues el neutrón no tiene carga eléctrica.

6. ¿Cuáles son y cómo están conformadas las partículas subatómicas?Gracias al desarrollo de la física de partículas subatómicas durante el siglo XX, en la actualidad se conoce una diversidad de partículas que componen el átomo. Dos características fundamentales de estas partículas son la masa y la carga eléctrica. En base a esto se han formado familias de partículas elementales:Bariones (mayor masa): Protón, Neutrón e HiperonesLeptones (masa ligera): Electrón, Muón, NeutrinoMesones (masa intermedia): Eta, Kión, Pión Conformación:

Utilizando equipos muy costosos se ha logrado dividir el átomo en más que sus tres partículas básicas: electrón, neutrón y protón. Algunas de estas también parecen existir en la naturaleza. Son de tres tipos básicas: quarks, leptones y fotones.

Quarks: los quarks son partículas subatómicas que pueden unirse para formar otras partículas (llamadas a su vez, hadrones). Grupos de tres quarks, reciben el nombre genérico de bariones. Según su tipo y combia y combinación, esos bariones pueden constituir un neutrón o protón. Quarks y un antiquark (partícula similar pero con carga opuesta) forman un mesón.

Leptones: los leptones son partículas subatómicas aparentemente indivisibles, que, según su tipo, se llaman electrón, neutrino, muón y partícula tau.

Fotones: aunque los fotones también son partículas subatómicas indivisibles se presentan aparte porque se define el fotón como un “estado de excitación cuántica del campo electromagnético”. La luz está hecha de fotones.

Recuerde que estas partículas son de dos tipos: los indivisibles como el quark y el electrón y los divisibles como el neutrón y el protón. Más importante aún, recuerde que nadie sabe si algún día podrán dividirse esos “indivisible”. Antes se creía que el neutrón y el protón eran indivisibles y todavía antes de eso, que el átomo era indivisible. Pero ¿cuáles fuerzas mantienen unido al átomo?

7. ¿Cómo está organizada la materia?La materia viva e inerte se puede encontrar en diversos estados de agrupación diferentes. Esta agrupación u organización puede definirse en una escala de organización que sigue de la siguiente manera de menor a mayor organización.Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.Atómo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para fomar, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos...Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicación.Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...Organular: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones...Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos...Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos:animales, plantas, insectos,...

Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces,pinos...Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones de seres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros características de las provincias del sureste español.Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales: macroclimáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie aunque no son homogéneos. Un ejemplo es lataiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera.

8. Explique la conformación del átomo.En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

9. ¿Mediante qué procesos se crearon los átomos? Dé ejemplos en cada uno de los procesos.

Los elementos químicos que forman nuestro Universo surgieron en dos etapas o procesos diferentes: los elementos livianos en la Nucleosíntesis Primordial y los elementos más pesados de la Nuclesíntesis Estelar.

Luego de la “gran explosión” surgieron los quarks, electrones y fotones. A continuación protones y neutrones.La etapa denominada Nucleosíntesis Primordial, o Nucleosíntesis del Big Bang, afectó al Universo en su totalidad en

un proceso que duró, de principio a fin, aproximadamente unos 3 minutos 46 segundos en los cuales la temperatura bajó a mil millones de grados y fue entonces que se formaron los núcleos de hidrógeno pesado y helio.

Instantes después del bigbang, la fuerza nuclear fuerte unió los quarks u y d para formar protones y neutrones, el núcleo de los átomos. La fuerza electromagnética enlazó los protones y electrones, que tenían precisamente la misma carga eléctrica, y así el átomo fue estable. Las partículas que lo forman y las fuerzas que las unen fueron precisamente las idóneas que se necesitaban para obtener este resultado.