jueves, 26 de noviembre de 2015

La Química y su Relación con la Tecnología,el ser humano, la salud y el ambiente - Resumen

La Química y su Relación con la Tecnología,el Ser Humano, la Salud y el Ambiente
--------------------------  -----------------------



·         Química es la ciencia de la materia y estudia la composición, propiedades y estructura de las sustancias y las transformaciones que éstas experimentan. En el estudio de la materia, la química también investiga las interacciones que existen de ella con respecto a la energía y a sí misma. Debido a la diversidad de la materia, que está compuesta de átomos, los químicos frecuentemente estudian cómo los átomos de diferentes elementos químicos de la tabla periódica interactúan para formar moléculas y cómo ellas mismas interactúan unas con otras.



Química (palabra que podría provenir de los términos griegos χημία o χημεία, quemia y quemeia respectivamente)1 es la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia como los cambios que esta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Es definida, en tanto, por Linus Pauling, como la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias con referencia al tiempo.

La química moderna se desarrolló a partir de la alquimia, una práctica protocientífica de carácter filosófico, que combinaba elementos de la química, la metalurgia, la física, la medicina, la biología, entre otras ciencias y artes. Esta fase termina al ocurrir la llamada Revolución de la química, basada en la ley de conservación de la materia y la teoría de la combustión por oxígeno postuladas por el científico francés Antoine Lavoisier.

Las disciplinas de la química se agrupan según la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado. Entre éstas se tienen la química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que estudia la materia orgánica; la bioquímica, que estudia las substancias existentes en organismos biológicos; la fisicoquímica que comprende los aspectos energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópicas, moleculares y atómicas, o la química analítica, que analiza muestras de materia y trata de entender su composición y estructura.


Etimología

La palabra química procede de la palabra «alquimia», un antiguo conjunto de prácticas protocientíficas que abarcaba diversos elementos de la actual ciencia, además de otras disciplinas muy variadas como la metalurgia, la astronomía, la filosofía, el misticismo o la medicina. La alquimia, practicada al menos desde alrededor del año 330, además de buscar la fabricación de oro estudiaba la composición de las aguas, la naturaleza del movimiento, del crecimiento, de la formación de los cuerpos y su descomposición, la conexión espiritual entre los cuerpos y los espíritus. Un alquimista solía ser llamado en lenguaje cotidiano «químico», y posteriormente se denominaría química al arte que practicaba.

A su vez alquimia deriva de la palabra árabe al-kīmīā (الکیمیاء). En origen el término fue un préstamo tomado del griego, de las palabras χημία o χημεία (quemia y quemeia respectivamente).  La primera podría tener origen egipcio. Muchos creen que al-kīmīā deriva de χημία, que a su vez deriva de la palabra Chemi o Kimi, que es el nombre antiguo de Egipto en egipcio. La otra alternativa es que al-kīmīā derivara de χημεία, que significa «fusionar».



Historia

Desde la Prehistoria, la curiosidad ha estimulado la reflexión y el proceso de aprendizaje  de las personas a través de la investigación, del ensayo y del error. Desde sus inicios, el ser humano ha transformado la materia (recuerda que materia es todo aquello que ocupa un lugar y tiene masa) mediante cambios físicos y químicos, pese a desconocer en un principio el fundamento científico de esos cambios. Así, a través de los siglos, se dio  el desarrollo de la ciencia y de la tecnología.


Sin duda alguna, la tecnología se desarrolló mucho antes. Se cree aproximadamente un millón de años, durante el Paleolítico, cuando él era nómada, el gran descubrimiento fue producir y mantener el fuego.  En ese entonces las personas sólo necesitaban herramientas sencillas que pocas transformaciones, como tallar piedras para darles un uso práctico.  El hacha de mano fue utilizada durante miles de años; se cree que fueron de vidrio volcánico y que con el tiempo se elaboraron con ellas numerosos objetos para tallar madera o hueso y también se utilizaron como instrumentos de caza.
Durante el Neolítico, al introducirse la agricultura, la ganadería y la vida sedentaria, surgió la necesidad de herramientas más diversas y perfeccionadas. En esa etapa tuvieron lugar muchos descubrimientos e inventos, entre ellos la cerámica y la herbolaria, la extracción y el uso de pigmentos, la elaboración de vasijas, la extracción de metales de los minerales, la producción de cerveza y vino aprovechando la fermentación, y el uso de madera y barro cocido para construir, todo gracias al dominio del fuego.
Uno de los inventos más importantes fue la metalurgia, ya que los metales sirvieron para resolver muchos problemas de la vida cotidiana. Este enorme cuerpo de conocimientos y descubrimientos se hicieron de manera empírica, y así se lograron los primeros avances tecnológicos.

Las primeras civilizaciones, como los egipcios y los babilónicos, concentraron un conocimiento práctico en lo que concierne a las artes relacionadas con la metalurgia, cerámica y tintes, sin embargo, no desarrollaron teorías complejas sobre sus observaciones.

Hipótesis básicas emergieron de la antigua Grecia con la teoría de los cuatro elementos propuesta por Aristóteles. Esta postulaba que el fuego, aire, tierra y agua, eran los elementos fundamentales por los cuales todo está formado como mezcla. Los atomicistas griegos datan del año 440 A.C, en manos de filósofos como Demócrito y Epicuro. En el año 50 Antes de Cristo, el filósofo romano Lucrecio, expandió la teoría en su libro De Rerum Natura (En la naturaleza de las cosas)


Al contrario del concepto moderno de atomicismo, esta teoría primitiva estaba enfocada más en la naturaleza filosófica de la naturaleza, con un interés menor por las observaciones empíricas y sin interés por los experimentos químicos.

En el mundo Helénico, la Alquimia en principio proliferó en combinación con la magia y el ocultismo como una forma de estudio de las substancias naturales para transmutarlas en oro y descubrir el elixir de la eterna juventud. La Alquimia fue descubierta y practicada ampliamente en el mundo árabe después de la conquista de los musulmanes, y desde ahí, fue difuminándose hacia todo el mundo medieval y la Europa Renacentista a través de las traducciones latinas.




La alquimia

La alquimia es una antigua disciplina (algunos estudiosos consideran sus inicios antes de nuestra era, otros en el siglo II de nuestra era) que combinaba principios de física, química, medicina, astrología, espiritualismo y arte. Se practicó en Mesopotamia, Persia, India, China, Egipto, Grecia y en los Imperios islámico y romano, y luego en Europa central hasta el siglo xviii.
Los objetivos principales de los alquimistas eran descubrir una sustancia que transformara los metales ordinarios en oro y plata, y encontrar los medios para descubrir el elíxir de la inmortalidad o piedra filosofal.


En la historia de la ciencia, la alquimia (del árabe الخيمياء [al-khīmiyā]) es una antigua práctica protocientífica y una disciplina filosófica que combina elementos de la química, la metalurgia, la física, la medicina, la astrología, la semiótica, el misticismo, el espiritualismo y el arte. La alquimia fue practicada en Mesopotamia, el Antiguo Egipto, Persia, la India y China, en la Antigua Grecia y el Imperio romano, en el Imperio islámico y después en Europa hasta el siglo XVIII, en una compleja red de escuelas y sistemas filosóficos que abarca al menos 2500 años.

La alquimia occidental ha estado siempre estrechamente relacionada con el hermetismo, un sistema filosófico y espiritual que tiene sus raíces en Hermes Trimegisto, una deidad sincrética grecoegipcia y legendario alquimista. Estas dos disciplinas influyeron en el nacimiento del rosacrucismo, un importante movimiento esotérico del siglo XVII. En el transcurso de los comienzos de la época moderna, la alquimia dominante evolucionó en la actual química.

Los alquimistas descubrieron técnicas como la calcinación, la destilación y la sublimación e inventaron equipo de laboratorio, como los hornos y el alambique, que aún se utilizan. No desarrollaron métodos propiamente científicos ni hicieron mediciones cuantitativas, pero ya representaban con distintos símbolos a las sustancias que conocían.
Los alquimistas trabajaron con oro, plata, plomo, hierro, mercurio, zinc, magnesio, azufre, arsénico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, acido cítrico, alcohol, amoniaco y pólvora.
En el plano espiritual de la alquimia, los alquimistas debían transmutar su propia alma antes de transmutar los metales. Esto quiere decir que debían purificarse, prepararse mediante la oración y el ayuno.
 
Retrato de Isaac Newton (1642-1727)
Algunos científicos famosos, entre ellos Isaac Newton (1642-1727), se dedicaron a la alquimia pues hasta el siglo xvii en Europa se consideró una ciencia. El primer alquimista en la Europa medieval fue Roger Bacon (12 14—1294), un monje franciscano que creía que la experimentación era más importante que el razonamiento.

El alquimista más destacado durante el Renacimiento fue Paracelso (1493—1541), quien promovió las observaciones y los experimentos para entender el funcionamiento del cuerpo humano. A él se le atribuye la frase “La dosis hace el veneno.” Más tarde, Robert Boyle (1627—1691), reconocido por sus estudios sobre los gases, fue uno de los primeros alquimistas que utilizaron el método científico en sus investigaciones. Si realizaba un experimento anotaba dónde lo hacía, las características del viento y las posiciones del Sol y la Luna, por si resultaban ser relevantes. Este enfoque llevó al surgimiento de la química moderna, a fines del siglo xviii, basado primordialmente en los descubrimientos de John Dalton (1766-1844) y Antoine Lavoisier (1743-1794), quienes aportaron un marco de trabajo lógico y cuantitativo que permite entender las transformaciones de la materia y además, hacer predicciones.
Pero ciencias hay muchas. La química estudia la materia, su composición, su estructura, sus propiedades y sus transformaciones y, al igual que las matemáticas, tiene un lenguaje.

Química y salud

La gran importancia de los sistemas biológicos hace que en la actualidad gran parte del trabajo en química sea de naturaleza bioquímica. Entre los problemas más interesantes se encuentran, por ejemplo, el estudio del plegamiento de proteínas y la relación entre secuencia, estructura y función de proteínas.


Los avances en la química han permitido mejorar la nutrición la atención sanitaria los métodos de Purificación del agua y otros aspectos relacionados con la salud. Las aplicaciones de la química son casi infinitas.
Los avances científicos y tecnológicos se hacen evidentes por el aumento en los años promedio de vida, o esperanza de vida; en 1975 ésta era de 60 años y aumentó a 68 años en 2003, y a 69 años en 2010 (figura 1.6). A pesar de ello, hay una diferencia notable entre los países desarrollados y los países en vías de desarrollo (78.6 y 58.3 años), pero considera que en Europa, a principios del siglo xx, la esperanza de vida era de 46 años. Aun así no se trata solamente de vivir más, sino de la calidad de vida.

La química está básicamente involucrada en:
• El diagnóstico de enfermedades
• Su tratamiento (elaboración y síntesis de medicamentos)
• La higiene
• La nutrición
• El desarrollo de prótesis y órganos artificiales
• La elaboración de material quirúrgico y de curación


La química ha desempeñado un papel muy importante en el diagnóstico de las enfermedades, mediante pruebas, instrumentos y análisis químico clínicos.
Gracias a los avances en la química se ha logrado aislar miles de principios activos de los medicamentos y luego elaborarlos en los laboratorios.
Asimismo, la química tiene mucho que ver con la asepsia de los centros hospitalarios y con los tratamientos, así como con la higiene de los alimentos, con la elaboración de las vacunas y de productos desechables que evitan contagios en el caso de enfermedades infecciosas.

En los últimos años ha habido un avance muy importante en el desarrollo de prótesis, hilos de sutura, clavos, implantes dentales, dispositivos anticonceptivos y órganos artificiales, entre otros. Actualmente muchos científicos están dedicados a estudiar los biomateriales, es decir, aquellos diseñados para actuar dentro del cuerpo con el fin de evaluar, tratar o reemplazar algún tejido, órgano o función del organismo, para así aliviar el dolor, restituir las funciones y prolongar la vida.

Los biomateriales conservan sus propiedades físicas, químicas y mecánicas en el cuerpo humano. El conocimiento y la aplicación de éstos involucran una gran cantidad de disciplinas, incluyendo la metalurgia, la ingeniería y la computación.

Los biomateriales restituyen funciones de tejidos vivos y órganos en el cuerpo. Por lo tanto es esencial entender las relaciones existentes entre las propiedades, funciones y estructuras de los materiales biológicos dado que las propiedades requeridas de un material varían de acuerdo con la aplicación particular.
En realidad son muy pocos los materiales biocompatibles que son aceptados por todo cuerpo, de ahí que no pueda clasificarse un material como tal de forma definitiva. Algunos de los materiales biocompatibles más comunes son el titanio para implantes o el acero.

Piensa solamente en el descubrimiento de la anestesia y en los “perversos” plásticos. El cuidado de la salud sería imposible sin los plásticos, que son esenciales debido a sus propiedades: bajo peso, bajo costo, durabilidad, transparencia y compatibilidad con otros materiales. Piensa en las jeringas desechables, en las válvulas cardiacas hechas de plásticos, en los catéteres para administrar medicamentos o para “desbloquear” arterias. Los plásticos también se usan para desarrollar las prótesis que pueden corregir deficiencias, como los aparatos para sordos y las córneas artificiales, e incluso sustituir piernas y brazos.




En el mundo actualmente hay una gran demanda de artículos de pvc (policloruro de vinilo, un plástico), en especial en el ámbito higiénico y sanitario, debido a su claridad óptica y a que no reacciona con los fluidos biológicos. Se emplea en bolsas de transfusión sanguínea, tubos de transfusión intravenosa, catéteres, sistemas de alimentación gástrica, respiradores, etcétera.

Clínicas del dolor

Un analgésico es un medicamento que calma o elimina el dolor; hay varios tipos, que incluyen desde una aspirina, que es un analgésico suave, hasta los llamados opiáceos mayores, que son los más potentes conocidos, entre los que se encuentra la morfina.  Aunque se puede usar el término para cualquier sustancia, es decir, cualquier medio que reduzca el dolor, generalmente se refiere a un conjunto de fármacos, de familias químicas diferentes que calman o eliminan el dolor por diferentes mecanismos.


El dolor provoca desequilibrios fisiológicos, funcionales, emocionales, sociales y económicos. Este problema es frecuente en la sociedad y se produce por diversas causas, entre ellas el cáncer, considerado un problema mundial de salud.
Debido a las razones anteriores se han creado las clínicas del dolor. Su misión no es sólo aliviar con medicamentos el dolor crónico de cualquier persona, sino también los síntomas que se asocian a éste, y darle una atención integral que mejore su calidad de vida.


Química y ambiente


El uso masivo de productos químicos (medicamentos, detergentes, plaguicidas, etc.) genera una gran cantidad de residuos químicos, y de ahí la idea de que “la química es dañina”. Sin embargo, la química es una de las ciencias más comprometidas en resolver los problemas ambientales; los químicos determinan el impacto de las sustancias químicas; preparan sustancias para atenuar efectos tóxicos; desarrollan procesos de separación de sustancias tóxicas y de purificación de aguas residuales; y elaboran plaguicidas y fertilizantes cada vez más efectivos y menos contaminantes, que favorecen a millones de personas con el incremento en la producción de alimentos, entre muchas otras actividades.


La naturaleza sin fronteras de la atmósfera y los océanos ha dado como resultado que el problema de la contaminación sea considerado a nivel mundial, especialmente cuando se trata el asunto del calentamiento global. Recientemente ha sido utilizado el término contaminante orgánico persistente para describir un grupo de sustancias químicas entre los que se encuentran: los PBDE, los PFC, etc. Debido a la falta de experimentación, sus efectos se desconocen en profundidad, no obstante, han sido detectados en varios hábitats ecológicos aislados de los centros de actividad industrial como el ártico, demostrando así su difusión y bioacumulación a pesar de haber sido usados de manera extensa por un breve periodo de tiempo.

La investigación química también ha contribuido a disminuir la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y ha desarrollado procesos que suprimen o minimizan su emisión mediante su captura o transformación.

Se sabe que la combustión de los derivados del petróleo, sea en el transporte en las centrales térmicas, genera sustancias que causan directamente los problemas del efecto invernadero y la lluvia ácida. Para evitar estos problemas, en 1970 se desarrolló el biodiesel, un biocombustible que no contiene azufre y además se obtiene a partir de grasas vegetales y animales; reduce en un 80% las emisiones sustancias tóxicas y es biodegradable.

El biodiésel (biocombustible) es un líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,1 mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.

También ya se ha obtenido biodiesel a partir de aceite de microalgas. Este proceso tiene la ventaja de que no requiere mucha agua, y tampoco que se deforesten grandes zonas que pueden utilizarse para cosechar alimentos. Se estima que, con las tecnologías actuales, de una hectárea2 de algas anualmente se podrían obtener más de 20000 litros de biocombustible. Las algas sólo requieren agua, luz y dióxido de carbono (CO2), el cual puede obtenerse de las chimeneas industriales, lo que, además, reduciría en forma significativa la concentración de este gas, uno de los principales causantes del efecto invernadero. Actualmente los científicos llaman a las algas el “petróleo biológico”, pues es un recurso renovable que absorbe  CO2 en un ciclo sin fin.
Otras biotecnologías que se emplean para eliminar contaminantes del suelo y el agua son la biorremediación, que consiste en el uso de microorganismos para degradar las sustancias tóxicas en otras menos dañinas; y la fitorremediación, en la cual se emplean plantas o árboles con el mismo fin. Se conocen alrededor de 400 especies de plantas con capacidad para absorber selectivamente alguna sustancia potencialmente dañina; en la mayoría de los casos, no se trata de especies raras, sino de cultivos comunes.

Química verde y desarrollo sustentable


La actividad industrial desarrollada desde inicios de la Revolución Industrial y durante todo el siglo xx elevó la calidad de vida del ser humano, pero también provocó graves problemas de contaminación del medio ambiente. Por ello en 1991 se creó formalmente la Química verde, que se define de la siguiente manera:

“La invención, el diseño y la aplicación de productos y procesos químicos para reducir o eliminar el uso y la generación de sustancias peligrosas.”

La justificación del desarrollo sostenible proviene del hecho de que el hombre habita en un planeta finito pero tiene patrones de consumo desmedidos. En la Tierra se tienen recursos naturales limitados (nutrientes en el suelo, agua potable, minerales, etc.), susceptibles de agotarse. Otro factor es el hecho de la creciente actividad económica sin más criterio que el económico mismo, tanto a escala local como planetaria. El impacto negativo en el planeta puede producir graves problemas medioambientales que resulten incluso irreversibles.

La Química verde tiene doce principios, entre los cuales se encuentran: generar menos residuos, diseñar procesos químicos empleando sustancias no tóxicas, usar materias primas renovables o métodos que no dañen el ambiente, diseñar productos biodegradables, diseñar productos más seguros y de menor toxicidad, y analizar continuamente los niveles de contaminación.
La Química verde y otras disciplinas amigables con la naturaleza se consolidaron después de la Declaración de Río sobre el medio ambiente y el desarrollo sustentable, que en 1992 proclamó: “Los seres humanos constituyen el centro de las preocupaciones relacionadas con el desarrollo sustentable; ellos tienen derecho a una vida saludable y productiva en armonía con la naturaleza”.
Gracias a la Química verde se han desarrollado, por ejemplo, combustibles libres de plomo, una sustancia que contamina el ambiente, y convertidores catalíticos, que transforman los productos de desecho de la combustión de la gasolina en gases menos dañinos.
Otro caso es el de la quitina, presente en grandes cantidades en los caparazones de camarones, cangrejos y langostas, a partir de la cual se obtiene quitosano, una sustancia que se usa como materia prima para elaborar materiales ortopédicos y de sutura biodegradables. Por otro lado, las proteínas de la soya, la caseína y el gluten se investigan como posibles materias primas en la fabricación de envolturas para los alimentos.

Los residuos de alimentos, además de aprovecharse en la producción de combustibles, tienen otros usos; por ejemplo, el almidón se utiliza como materia prima para producir adhesivos en la industria del papel. Antes, para obtener papeles blanqueados se utilizaba cloro, que es una sustancia muy tóxica y corrosiva, además de que genera residuos que producen cáncer. En los últimos años se ha desarrollado una tecnología para blanquear la pulpa del papel con agua oxigenada; en este proceso el único subproducto es agua, lo cual lo hace un proceso amigable con el ambiente.

Como se sabe, cada año se producen y desechan cientos de millones de toneladas de plásticos. Sabemos también que, en términos generales, los plásticos derivados del petróleo tardan decenas o cientos de años en degradarse y su acumulación genera una contaminación enorme. Pero desde 1997 se han desarrollado tecnologías para producir plásticos biodegradables usando como materia prima ácido láctico, subproducto de la industria lechera o producido por fermentación de biomasa.

Síntesis química y nanotecnología

Síntesis química es el proceso por el cual se producen compuestos químicos a partir de simples o precursores químicos. Su rama más amplia es la síntesis orgánica. También es realizada por los organismos vivientes en su metabolismo.


El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico (presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina C, que se encuentra de forma natural en muchos vegetales.

Otra de las características que distingue a la química de otras ciencias es que los químicos sintetizan, es decir, crean nuevas sustancias que no existen en la naturaleza como tales. Se calcula que cada año se sintetizan en el mundo millones de sustancias nuevas. El descubrimiento de los polímeros naturales como la celulosa, y la síntesis de otros, entre ellos los plásticos, han revolucionado el mundo.
Actualmente se puede invertir el proceso: en vez de obtener una nueva sustancia y ver para qué sirve, se parte de un conjunto de propiedades deseadas y se diseña y sintetiza una sustancia con esas características. Como ejemplo tenemos la industria de los plásticos y la farmacéutica. Todo ello ha sido posible gracias al conocimiento teórico de la química.
Actualmente hay catalogados unos once millones de productos químicos de síntesis y se calcula que cada día se obtienen unos 2000 más.

El progreso científico ha permitido un gran desarrollo de las técnicas de síntesis química, como la síntesis en fase sólida o la química combinatoria.


La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más temprana y difundida descripción de la nanotecnología1 2 se refiere a la meta tecnológica particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a macroescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros.


Muchos científicos consideran que estamos en la era de la nanotecnología, que busca aplicación a los fenómenos que suceden en la nanoescala. La nanociencia es un conjunto de conocimientos y técnicas que permiten observar, caracterizar, entender y predecir las propiedades de objetos y estructuras cuyo tamaño varía entre 1 y 100 nanómetros (nm); 1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro.  Mediante diferentes técnicas nanométricas y el control del tamaño de los nanobjetos pueden modificarse propiedades como la conductividad eléctrica, la reactividad química, la elasticidad, la magnetización y el color, entre otras. Por ejemplo, el oro, que normalmente es amarillo, muestra distintas tonalidades según el tamaño y la forma de la nanopartícula.
Seguramente aún están por descubrirse muchas más aplicaciones de los nanomateriales.

Bibliografía:

www.nanotecnologia.cl 
www.libros.conaliteg.gob.mx   
www.pixabay.com

Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2003.
Nueva Enciclopedia Tematica Grolier 2012
https://www.ecured.cu 


--------------------------  -----------------------

No hay comentarios:

Publicar un comentario