1.2: La química en el mundo moderno
- Page ID
- 78180
- Reconocer la amplitud, profundidad y alcance de la química.
La química es el estudio de la materia y los cambios que sufren las sustancias materiales. De todas las disciplinas científicas, es quizás la más ampliamente conectada con otros campos de estudio. Los geólogos que desean localizar nuevos yacimientos minerales o petroleros utilizan técnicas químicas para analizar e identificar muestras de rocas. Los oceanógrafos utilizan la química para rastrear las corrientes oceánicas, determinar el flujo de nutrientes hacia el mar y medir la tasa de intercambio de nutrientes entre las capas oceánicas. Los ingenieros consideran las relaciones entre las estructuras y las propiedades de las sustancias cuando especifican materiales para diversos usos. Los físicos aprovechan las propiedades de las sustancias para detectar nuevas partículas subatómicas. Los astrónomos utilizan firmas químicas para determinar la edad y distancia de las estrellas y así responder preguntas sobre cómo se forman las estrellas y qué edad tiene el universo. Todo el tema de la ciencia ambiental depende de la química para explicar el origen y los impactos de fenómenos como la contaminación del aire, el agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global.
Las disciplinas que se centran en los organismos vivos y sus interacciones con el mundo físico dependen en gran medida de la bioquímica, la aplicación de la química al estudio de los procesos biológicos. Una célula viva contiene una gran colección de moléculas complejas que llevan a cabo miles de reacciones químicas, entre ellas las que son necesarias para que la célula se reproduzca. Fenómenos biológicos como la visión, el gusto, el olfato y el movimiento son el resultado de numerosas reacciones químicas. Campos como la medicina, la farmacología, la nutrición y la toxicología se enfocan específicamente en cómo las sustancias químicas que ingresan a nuestro cuerpo interactúan con los componentes químicos del cuerpo para mantener nuestra salud y bienestar. Por ejemplo, en el área especializada de la medicina deportiva, se necesita un conocimiento de la química para entender por qué los músculos se ponen doloridos después del ejercicio así como cómo el ejercicio prolongado produce la sensación eufórica conocida como “subidón del corredor”.
Ejemplos de las aplicaciones prácticas de la química están en todas partes (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los ingenieros necesitan comprender las propiedades químicas de las sustancias cuando diseñan implantes biológicamente compatibles para reemplazos de articulaciones o diseñan carreteras, puentes, edificios y reactores nucleares que no colapsen debido a materiales estructurales debilitados como el acero y el cemento. La arqueología y la paleontología se basan en técnicas químicas para fechar huesos y artefactos e identificar sus orígenes. Aunque la ley normalmente no se considera un campo relacionado con la química, los científicos forenses utilizan métodos químicos para analizar sangre, fibras y otras pruebas mientras investigan delitos. En particular, la coincidencia de ADN, que compara muestras biológicas de material genético para ver si podrían haber venido de la misma persona, se ha utilizado para resolver muchos casos penales de alto perfil, así como para aclarar a personas inocentes que han sido acusadas o condenadas erróneamente. La ciencia forense es un área de rápido crecimiento de la química aplicada. Además, la proliferación de innovaciones químicas y bioquímicas en la industria está produciendo un rápido crecimiento en el área del derecho de patentes. En última instancia, la dispersión de información en todos los campos en los que la química juega un papel requiere expertos que sean capaces de explicar al público temas químicos complejos a través de la televisión, el periodismo impreso, Internet y libros populares.
La\(\PageIndex{1}\) química de la figura en la vida cotidiana
Aunque la mayoría de la gente no lo reconoce, la química y los compuestos químicos son ingredientes cruciales en casi todo lo que comemos, usamos y usamos.
En este punto, no debería sorprenderte saber que la química era esencial para explicar un acontecimiento fundamental en la historia de la Tierra: la desaparición de los dinosaurios. Aunque los dinosaurios gobernaron la Tierra durante más de 150 millones de años, la evidencia fósil sugiere que se extinguieron de manera bastante abrupta hace aproximadamente 66 millones de años. Las explicaciones propuestas para su extinción han variado desde una epidemia causada por algún microbio o virus mortal hasta fenómenos más graduales como los cambios climáticos masivos. En 1978 Luis Álvarez (físico ganador del Premio Nobel), el geólogo Walter Álvarez (hijo de Luis) y sus compañeros de trabajo descubrieron una fina capa de roca sedimentaria formada hace 66 millones de años que contenía concentraciones inusualmente altas de iridio, un metal bastante raro (parte (a) en la Figura\(\PageIndex{2}\)). Esta capa se depositó aproximadamente en el momento en que los dinosaurios desaparecieron del registro fósil. Aunque el iridio es muy raro en la mayoría de las rocas, representando solo 0.0000001% de la corteza terrestre, es mucho más abundante en cometas y asteroides. Debido a que las muestras correspondientes de rocas en sitios de Italia y Dinamarca contenían altas concentraciones de iridio, los alvarezes sugirieron que el impacto de un gran asteroide con la Tierra condujo a la extinción de los dinosaurios. Cuando los químicos analizaron muestras adicionales de sedimentos de 66 millones de años de antigüedad de sitios alrededor del mundo, se encontró que todos contenían altos niveles de iridio. Además, pequeños granos de cuarzo en la mayoría de las capas que contienen iridio exhiben grietas microscópicas características de ondas de choque de alta intensidad (parte (b) en la Figura\(\PageIndex{2}\)). Estos granos aparentemente se originaron a partir de rocas terrestres en el sitio de impacto, las cuales fueron pulverizadas al impactar y lanzadas a la atmósfera superior antes de que se asentaran en todo el mundo.
Figura\(\PageIndex{2}\) Evidencia del impacto de asteroide que pudo haber causado la extinción de los dinosaurios
(a) Luis y Walter Álvarez se encuentran de pie frente a una formación rocosa en Italia que muestra la fina capa blanca de arcilla rica en iridio depositada en el momento en que los dinosaurios se extinguieron. La concentración de iridio es 30 veces mayor en esta capa que en las rocas inmediatamente por encima y por debajo de ella. No hay diferencias significativas entre la capa de arcilla y las rocas circundantes en las concentraciones de ninguno de los otros 28 elementos examinados. (b) Microfotografías de un grano de cuarzo no impactado (izquierda) y un grano de cuarzo de la capa rica en iridio que presentan grietas microscópicas resultantes del choque (derecha).
Los científicos calculan que una colisión de la Tierra con un asteroide pedregoso de unos 10 kilómetros (6 millas) de diámetro, viajando a 25 kilómetros por segundo (unas 56,000 millas por hora), liberaría casi instantáneamente energía equivalente a la explosión de alrededor de 100 millones de megatones de TNT (trinitrotolueno). Esto es más energía que la almacenada en todo el arsenal nuclear del mundo. La energía liberada por tal impacto prendería fuego a vastas áreas de bosque, y el humo de los incendios y el polvo creado por el impacto bloquearían la luz solar durante meses o años, eventualmente matando prácticamente a todas las plantas verdes y a la mayoría de los organismos que dependen de ellas. Esto podría explicar por qué alrededor del 70% de todas las especies, no solo los dinosaurios, desaparecieron al mismo tiempo. Los científicos también calculan que este impacto formaría un cráter de al menos 125 kilómetros (78 millas) de diámetro. Recientemente, imágenes de satélite de una misión del transbordador espacial confirmaron que un enorme asteroide o cometa se estrelló contra la superficie de la Tierra a través del extremo norte de Yucatán en el Golfo de México hace 65 millones de años, dejando un cráter parcialmente sumergido de 180 kilómetros (112 millas) de diámetro (Figura\(\PageIndex{3}\) ). Así, las simples mediciones químicas de la abundancia de un elemento en las rocas condujeron a una nueva y dramática explicación para la extinción de los dinosaurios. Aunque sigue siendo polémica, esta explicación está respaldada por evidencia adicional, gran parte de ella química.
Figura\(\PageIndex{3}\) Asteroide Impacto
La ubicación del cráter de impacto de asteroides cerca de lo que hoy es la punta de la Península de Yucatán en México.
Este es sólo un ejemplo de cómo se ha aplicado la química a un problema científico importante. Otras aplicaciones químicas y explicaciones que discutiremos en este texto incluyen cómo los astrónomos determinan la distancia de las galaxias y cómo los peces pueden sobrevivir en aguas subcongelantes bajo capas de hielo polares. También consideraremos formas en que la química afecta nuestra vida cotidiana: la adición de yodo a la sal de mesa; el desarrollo de medicamentos más efectivos para tratar enfermedades como el cáncer, el SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida) y la artritis; la reorganización de la industria para utilizar refrigerantes que no contienen cloro, propulsores y otros químicos para preservar la capa de ozono de la Tierra; el uso de materiales modernos en ingeniería; los esfuerzos actuales para controlar los problemas de la lluvia ácida y el calentamiento global; y la conciencia de que nuestros cuerpos requieren pequeñas cantidades de algunas sustancias químicas que son tóxicas cuando se ingieren en dosis mayores. Para cuando termines este texto, podrás discutir este tipo de temas con conocimiento, ya sea como científico principiante que pretende pasar tu carrera estudiando tales problemas o como observador informado que es capaz de participar en debates públicos que sin duda surgirán a medida que la sociedad lidia con cuestiones científicas.
Resumen
La química es el estudio de la materia y los cambios que sufren las sustancias materiales. Es esencial para comprender gran parte del mundo natural y central para muchas otras disciplinas científicas, incluyendo astronomía, geología, paleontología, biología y medicina.
LLAVE PARA LLEVAR
- La comprensión de la química es esencial para comprender gran parte del mundo natural y es fundamental para muchas otras disciplinas.