Hayley Birch - 50 COSAS QUE HAY QUE SABER SOBRE QUÌMICA

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IDEIAS DE 
 
 
 
 
 
 
Planeta 
Abedul, Hayley 
50 ideas de química que necesitas saber / Hayley Birch; traducción de Helena London. -- São Paulo : Planeta de Brasil, 2018. 
216 págs. 
 
Isbn: 978-85-422-1362-1 
Título original: 50 Chemistry Ideas You Really Need to Know 
 
1. Química - Trabajos populares 2. Curiosidades y maravillas I. Título II. Londres, Helena 
 
18-0925 CDD: 540 
Derechos de autor © Hayley Birch, 2015 
Copyright © Editora Planeta do Brasil, 2018 
Título original: 50 ideas sobre química que realmente necesitas saber 
 
Preparación: Débora Dutra 
Revisión técnica: Fernanda Paganini 
Comentario: Maria Aiko Nishijima y Denise Schittine 
Diagramación: Vivian Oliveira 
Capa: Compañía 
Imagen de cubierta: theasis/istock 
Adaptación del libro electrónico: Hondana 
 
 
 
 
CIP-BRASIL. CATALOGO EN 
FUENTE 
SINDICATO NACIONAL DOS 
EDITORES DE LIBROS, RJ 
 
 
 
 
2018 
Todos los derechos de esta edición reservados a EDITORA 
PLANETA DO BRASIL LTDA. 
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Cerqueira César 01411-000 - São Paulo - SP 
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mailto:atendimento@editoraplaneta.com.br
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Índice 
 
 
Introducción 
1. Átomos 
2. Elementos 
3. Isotopos 
4. Compuestos 
5. Juntándolo todo 
6. Cambio de fase 
7. Energía 
8. Reacciones Químicas 
9. Equilibrio 
10. Termodinámica 
11. Acido 
12. Catalizadores 
13. Redox 
14. Fermentación 
15. Craqueo 
16. Síntesis química 
17. El proceso de Haber 
18. Quiralidad 
19. Química verde 
20. Separación 
21. Espectros 
22. Cristalografía 
23. Electrolisis 
24. Microfabricación 
25. Autoensamblaje 
26. El laboratorio en un chip 
27. Química computacional 
28. Carbono 
29. Agua 
30. El origen de la vida 
31. Astroquímica 
32. Proteínas 
33. Acción enzimática 
34. Azucares 
35. ADN 
36. Biosíntesis 
37. Fotosíntesis 
38. Mensajeros químicos 
39. Gasolina 
40. Plásticos 
41. Los CFC 
42. Materiales compuestos 
43. Células solares 
44. Fármacos 
45. Nanotecnología 
46. Grafeno 
47. Impresión 3D 
48. Músculos artificiales 
49. Biología sistemática 
50. Los combustibles del futuro 
 
Tabla periódica 
 
 
 
Introducción 
 
La química a menudo se considera lo malo en la ciencia. El otro día, incluso, 
estaba hablando con una química que me dijo que estaba cansada de que su 
objeto de estudio fuera visto como "solo un puñado de personas que perdían el 
tiempo con cosas malolientes en los laboratorios". Por alguna razón, se cree que 
la química es menos relevante que la biología y menos interesante que la física. 
 
Así que, como autor de un libro de química, mi desafío es ayudarte a superar 
este problema de imagen y poner fin a la idea de esta pobre cosa. Porque –y no 
mucha gente lo sabe– la química es en realidad la mejor ciencia. 
 
La química está en el centro de casi todo. Sus componentes –átomos, moléculas, 
compuestos y mezclas– constituyen cada gramo de materia de este planeta. Sus 
reacciones son responsables de sostener la vida y crear todo de lo que depende 
la vida. Sus productos marcan el progreso de nuestra existencia moderna, desde 
la cerveza hasta los pantalones cortos de Lycra. 
 
La razón por la que la química tiene un problema de imagen, creo, es que en 
lugar de enfocarnos en cosas interesantes y relevantes, entramos en un 
conjunto de reglas sobre cómo funciona la química, fórmulas de estructura 
molecular, recetas de reacción, etc. Y si bien los químicos pueden argumentar 
que estas reglas y recetas son importantes, la mayoría estará de acuerdo en que 
no son especialmente emocionantes. 
Así que en este libro no vamos a tratar demasiado con las reglas. Puedes 
consultarlos en otro lugar si lo deseas. Traté de mantenerme enfocado en lo 
que encuentro relevante e interesante con respecto a la química. Y en esa ruta 
traté de canalizar el espíritu de mi profesor de química, el sr. Smailes, que me 
mostró cómo hacer jabón y nylon,y que llevaba unas corbatas realmente 
excelentes. 
1 Átomos 
 
 
 
Los átomos son los ladrillos de construcción de la química y de 
nuestro universo. Constituyen los elementos, los planetas, las 
estrellas y tú. El conocimiento de los átomos, de qué están 
hechos y cómo interactúan entre sí, nos permite explicar 
prácticamente todo lo que sucede en las reacciones químicas, en 
el laboratorio y en la naturaleza. 
Bill Bryson escribió famosamente que cada uno de nosotros puede estar 
llevando hasta mil millones de átomos que una vez pertenecieron a William 
Shakespeare. También podrías pensar: "¡Guau! Eso es un montón de átomos de 
Shakespeare muertos". Bueno, lo es y no lo es. Por un lado, mil millones 
(1.000.000.000) es más o menos el número de segundos que cada uno de 
nosotros habrá vivido en nuestro 33 aniversario. Por otro lado, mil millones son 
los granos totales de sal que llenarían una bañera ordinaria, y es menos de una 
milmillonésima parte de una milmillonésima parte del número de átomos en 
todo su cuerpo. Esto sirve para explicar cuán pequeño es un átomo – hay más de 
mil millones de veces mil millones de veces mil millones de ellos solo en ti – y 
sugiere que no tienes átomos de Shakespeare muertos en número suficiente 
para incluso formar una célula cerebral. 
Dulce como un melocotón Los átomos son tan pequeños que hasta hace poco 
era imposible verlos. Esto cambió con el desarrollo de microscopios de súper 
resolución, hasta el punto de que en 2012 los científicos australianos pudieron 
tomar una fotografía de la sombra proyectada por un solo átomo. Pero no 
siempre fue necesario que los químicos los vieran para entender que, en algún 
nivel fundamental, los átomos podían explicar la mayor parte de lo que sucede 
en el laboratorio y en la vida. Gran parte de la química comprende actividades 
aún más pequeñas, partículas subatómicas llamadas electrones, que constituyen 
las capas externas de los átomos. 
Si pudieras sostener un átomo en la mano, como si fuera un melocotón, el bulto 
en el medio sería lo que se llama un núcleo, que contiene protones y neutrones, 
y la jugosa pulpa estaría formada por electrones. De hecho, si su melocotón 
fuera realmente como un átomo, la mayor parte sería pulpa, y el bulto sería tan 
pequeño que podría tragarlo sin darse cuenta, eso representa cuánto del átomo 
está ocupado por electrones. Pero es ese núcleo el que evita que el átomo se 
acueste. Contiene protones, partículas cargadas positivamente, que ejercen 
suficiente atracción sobre los electrones cargados negativamente para que no 
vuelen en todas las direcciones. 
Teoría atómica y reacciones químicas 
En 1803, el químico inglés John Dalton dio una conferencia en la que propuso una teoría de la materia basada en 
partículas indestructibles llamadas átomos. Dijo, en esencia, que diferentes elementos están hechos de diferentes 
átomos, que pueden combinarse para formar compuestos, y que las reacciones químicas implican un reordenamiento de 
esos átomos. 
 
 
¿Por qué un átomo de oxígeno es un átomo de oxígeno? No todos los átomos 
son iguales. Es posible que ya te hayas dado cuenta de que un átomo no 
comparte tantas similitudes con un melocotón, pero llevemos la analogía con los 
frutos un poco más allá. Átomos presentes en muchas variedades o sabores 
diferentes. Si nuestro melocotón fuera un átomo de oxígeno, entonces una 
ciruela podría ser, digamos, un átomo de carbono. Ambas son bolas de 
electrones que rodean un pozo de protones, pero con características 
completamente diferentes. Los átomos de oxígeno flotan en pares (O2), 
mientras que los átomos de carbono se agrupan en una masa para formar 
sustancias duras como el diamante y el grafito (C). Lo que los hace diferentes 
elementos (ver página 10) es su número de protones. El oxígeno, con ocho 
protones, tiene dos más que el carbono. Elementos realmente grandes y 
pesados, como el seabórgioy el nobelio, tienen más de cien protones en su 
núcleo atómico. Cuando hay tantas cargas positivas comprimidas en el espacio 
casi inexistente, tan pequeño, desde el núcleo, cada uno repeliendo al otro, el 
equilibrio se altera fácilmente y los elementos pesados, como resultado, se 
vuelven insuprecibles. 
 
En general, un átomo, cualquiera que sea su sabor, tendrá el mismo número de 
electrones que los protones en su núcleo. Si falta un electrón, o si el átomo 
captura uno más, las cargas positivas y negativas ya no se equilibran y el átomo 
se convierte en lo que los químicos llaman un "ion", un átomo o molécula 
cargado. Los iones son importantes porque sus cargas ayudan a unir todo tipo 
de sustancias, como cloruro de sodio, sal de cocina, y carbonato de calcio, piedra 
caliza. 
División del átomo 
El modelo primitivo de "pudín de pasas" de J. J. Thomson fue visto como un "pudín" masivo y homogéneo cargado 
positivamente, con "pasas" (electrones) cargados negativamente distribuidos de manera uniforme. Este modelo ha 
cambiado: ahora sabemos que los protones y otras partículas subatómicas, llamadas neutrones, forman el centro del átomo 
diminuto y denso, y que los electrones forman una nube a su alrededor. También sabemos que los protones y neutrones 
contienen partículas aún más pequeñas, llamadas quarks. Los químicos en general no se ocupan de estas partículas más 
pequeñas, son de interés para los físicos, que rompen átomos en aceleradores de partículas para encontrarlos. Pero es 
importante recordar que el modelo de átomos de la ciencia –y cómo encaja la materia en nuestro Universo– todavía está 
evolucionando. El descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, por ejemplo, confirmó la existencia de una partícula que los 
físicos ya habían incluido en su modelo y utilizado para hacer predicciones sobre otras partículas; sin embargo, todavía hay 
trabajo por hacer para determinar si es el mismo tipo de bosón de Higgs que están buscando. 
 
 
 
Los ladrillos de la vida Además de ser ingredientes de la despensa, los átomos 
forman todo lo que se arrastra o respira o echa raíces, construyendo moléculas 
inquietantemente complejas como el ADN y las proteínas que forman nuestros 
músculos, huesos y cabello. Lo hacen uniendo (ver página 22) con otros átomos. 
Lo interesante de toda la vida en la Tierra, sin embargo, es que, a pesar de su 
tremenda diversidad, tiene, sin excepción, un sabor específico de átomo: el 
carbono. 
Desde las bacterias que se aferran a la vida alrededor de las fisuras en las partes 
más profundas y oscuras del océano hasta las aves que vuelan alto en el cielo, no 
hay un solo ser vivo en el planeta que no comparta ese elemento común, el 
carbono. Pero como aún no hemos descubierto la vida en ningún otro lugar, no 
podemos decir si fue a través de un evento aleatorio que la vida se desarrolló de 
esa manera, o si la vida podría prosperar usando otros tipos de átomos. Los 
fanáticos de la ciencia ficción estarán bien familiarizados con la biología 
alternativa: los seres basados en silicio han aparecido en Star treck y Star Wars 
como formas de vida alienígenas. 
 
"La belleza de un ser vivo no son los átomos de los 
que está hecho, sino la forma en que estos átomos 
están unidos. " 
Carl Sagan 
Átomo por átomo El progreso en el área de la nanotecnología (véase la página 
182), que promete todo, desde paneles solares más eficientes hasta fármacos 
que buscan y destruyen células cancerosas, ha traído consigo el mundo átomo a 
un enfoque más distinto. Los instrumentos de nanotecnología operan en una 
escala de una milmillonésima parte de un metro, incluso más grande que un 
átomo, pero a esta escala se puede pensar en manipular átomos y moléculas 
individualmente. En 2013, los investigadores de IBM realizaron la animación 
fotograma a fotograma más pequeña del mundo, con un niño jugando con una 
pelota. Tanto el niño como la bola estaban hechos de átomos de cobre, todos 
visibles individualmente en la película. Finalmente, la ciencia está empezando a 
trabajar en una escala que coincide con la visión del químico de nuestro mundo. 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en 
síntesis: 
Piezas 
fundamentales 
2 Elementos 
 
 
 
Los químicos van a los extremos para descubrir nuevos 
elementos, los productos químicos más básicos. La Tabla 
Periódica nos permite organizar estos hallazgos, pero no es 
solo un catálogo. Hay patrones en la Tabla Periódica que 
proporcionan pistas sobre la naturaleza de cada elemento y 
cómo pueden comportarse cuando se encuentran con otros 
elementos. 
El alquimista del siglo 17 Hennig Brand golpeó un golpe en el pecho. Después de 
casarse, renunció a su trabajo como oficial del ejército y usó el dinero de su 
esposa para financiar la investigación de la Piedra Filosofal, una sustancia 
mística o mineral que los alquimistas habían estado buscando durante siglos. 
Según la leyenda, la Piedra tenía el poder de "transmutar" metales comunes, 
como el hierro y el plomo, en oro. Después de que su primera esposa muriera, 
Brand encontró otra esposa y continuó su investigación más o menos de la 
misma manera. Al parecer, había pasado por su mente que la Piedra Filosofal 
podía ser sintetizada a partir de fluidos corporales, y Brand, para extraerla, 
luego adquirió nada menos que 1,500 galones de orina humana. Finalmente, en 
1669, hizo un descubrimiento inquietante, pero no era la Piedra. A través de sus 
experiencias, que implicaban hervir y separar la orina, Brand se había 
convertido involuntariamente en la primera persona en descubrir un elemento 
utilizando medios químicos. 
Brand había producido un compuesto que contenía fósforo, al que se refirió 
como "fuego frío", porque brillaba en la oscuridad. Pero fue sólo en la década de 
1770 que el fósforo fue reconocido como un nuevo elemento. En ese momento, 
los elementos estaban siendo descubiertos en las montañas, con los productos 
químicos aislando el oxígeno, el nitrógeno, el cloro y el manganeso, todo dentro 
de una década. 
 
En 1869, dos siglos después del descubrimiento de Brand, el químico ruso 
Dmitri Mendeleev creó la Tabla Periódica, y el fósforo tomó el lugar que le 
corresponde, entre el silicio y el azufre. 
 
¿Qué es un elemento? Durante mucho tiempo, el fuego, el aire, el agua y la 
tierra fueron considerados "los elementos". Un misterioso quinto elemento, el 
éter, fue añadido para explicar las estrellas, ya que no podían, como sostenía el 
filósofo Aristóteles, estar hechas de ningún elemento terrenal. La palabra 
Decodificación de la tabla periódica 
En la Tabla Periódica (ver páginas 206-7), los elementos están representados por letras. Algunas son abreviaturas 
obvias, como Si para silicio, mientras que otras, como W para tungsteno, parecen no tener significado: casos como este 
son a menudo una referencia a nombres arcaicos. El número por encima de la letra es el número de masa – el número 
de nucleones (protones y neutrones) en el núcleo de un elemento. El número suscrito es su número de protones 
(número atómico). 
 
"elemento” proviene del latín (elementum), que significa "primer principio" o 
"la forma más básica" 
– una descripción no está mal, pero que nos deja pensando en la diferencia entre 
elementos y átomos. 
 
 
La diferencia es simple. Los elementos son sustancias, en cualquier cantidad; los 
átomos son unidades fundamentales. Una pieza sólida del fósforo de Brand – 
por cierto, una materia química tóxica y un componente de gas neurológico – es 
una colección de átomos de un elemento en particular. Sin embargo, 
curiosamente, no todas las piezas de fósforo son iguales, porque sus átomos se 
pueden organizar de diferentes maneras, cambiando la estructura interna y 
también la apariencia externa. Dependiendo de cómo los átomos estén 
dispuestos en fósforo, este puede ser blanco, negro, rojo o violeta. Estas 
variedades también se comportan de manera diferente, por ejemplo, 
fusionándose a temperaturas completamente diferentes.El fósforo blanco se 
funde al sol en un día muy caluroso, mientras que el fósforo negro tendría que 
calentarse en un horno por encima de 600 °C para fundirse. Sin embargo, los dos 
están hechos de los mismos átomos con 15 protones y 15 electrones. 
Patrones en la Tabla Periódica Para el observador no entrenado, la Tabla 
Periódica (ver páginas 206-7) parece un juego de Tetris un poco ortodoxo, en el 
que - dependiendo de la versión que estés viendo - algunos bloques no han 
caído bien al fondo. Parece que necesita un buen almacenamiento. De hecho, es 
un lío bien organizado, y cualquier químico puede encontrar rápidamente lo 
que está mirando en medio de un aparente desorden. Esto se debe a que el 
perspicaz diseño de Mendeleev contiene patrones ocultos que unen los 
elementos de acuerdo con sus estructuras atómicas y su comportamiento 
químico. 
 
A lo largo de las filas de la tabla, de izquierda a derecha, los elementos están 
dispuestos en orden de números atómicos, el número de protones que cada 
elemento tiene en su núcleo. Pero el genio de la invención de Mendeleev fue 
darse cuenta cuando las propiedades de los elementos comienzan a repetirse, y 
luego aparece una nueva fila. Es a través de las columnas, por lo tanto, que se 
entienden algunas percepciones más sutiles. Mira la columna en el extremo 
derecho, que va del helio al oganessonio. Se trata de gases nobles, todos ellos 
gases incoloros en condiciones normales y particularmente perezosas a la hora 
de participar en cualquier tipo de reacción química. El neonio, por ejemplo, es 
tan inerte que no se puede persuadir para entrar en un compuesto con 
cualquier otro elemento. Las razones de esto están relacionadas con los 
electrones. Dentro de cualquier átomo, los electrones están dispuestos en capas 
concéntricas, que sólo pueden ser ocupadas por un cierto número de electrones. 
Una vez que una capa está completa, los electrones adicionales tienen que 
comenzar a llenar otra capa más externa. A medida que el número de electrones 
en cualquier elemento dado aumenta con el número atómico en aumento, cada 
elemento tiene una configuración electrónica diferente. La característica 
principal de los gases nobles es que todas sus capas externas están completas. 
Esta estructura completa es muy estable, lo que significa que los electrones son 
difíciles de ser incitados a la acción. 
 
"El mundo de las reacciones químicas se hace un 
escenario... los actores son los elementos. " 
Clemens Alexander Winkler, descubridor del elemento germanio 
Podemos reconocer muchos otros patrones en la Tabla Periódica. A medida que 
se va de izquierda a derecha, en la dirección de los gases nobles, y de abajo 
hacia arriba, se necesita más esfuerzo (energía) para extraer un electrón de un 
átomo de cada elemento. 
 
El centro de la mesa está ocupado principalmente por metales, que se vuelven 
más metálicos a medida que te acercas a la esquina más a la izquierda. Los 
químicos utilizan su conocimiento de estos patrones para predecir cómo se 
comportarán los elementos en las reacciones. 
 
Superpesados Una de las pocas cosas en común entre la química y el boxeo es 
que ambos tienen sus superpesados. Mientras que los pesos mosca flotan en la 
parte superior de la Tabla Periódica – los átomos de hidrógeno y helio que 
transportan sólo tres protones entre ellos – los de los rangos inferiores se 
hundieron debido a sus pesadas cargas atómicas. La mesa ha crecido a lo largo 
de muchos años incorporando nuevos descubrimientos de elementos más 
pesados. Pero el número 92, el elemento radiactivo uranio, fue en realidad el 
último que se encontró en la naturaleza. Aunque la descomposición natural del 
uranio genera plutonio, las cantidades son ínfimos. El plutonio fue descubierto 
en un reactor nuclear, y otras superpesadas son generados por la colisión de 
átomos en aceleradores de partículas. La caza aún no ha terminado, pero sin 
duda se ha vuelto mucho más complicada que los fluidos corporales hirviendo. 
 
 
A la caza del más pesado de los superpesados 
A nadie le gustan los tramposos, pero se encuentran en todas las profesiones, y la ciencia no es una excepción. En 
1999, científicos del laboratorio Lawrence Berkely de California publicaron un artículo científico conmemorativo del 
descubrimiento de los elementos superpesados 116 (livermorio) y 118 (ununoctio) [actualmente, este elemento se 
llama oganessonium]. Pero algo no tenía sentido. Después de leer el artículo, otros científicos trataron de repetir el 
experimento y, sin importar lo que hicieran, no pudieron alcanzar un solo átomo de 116. Ocurrió que uno de los 
"descubridores" había inventado los datos, lo que llevó a una agencia del gobierno de Estados Unidos a hacer una 
retracción embarazosa sobre las declaraciones sobre la ciencia de alto nivel que estaba financiando. El artículo fue 
recogido y los laureles por el descubrimiento de livermorio fueron a parar a un grupo ruso un año después. Los 
científicos que falsificaron los datos originales fueron despedidos. Hoy en día, el prestigio asociado con el 
descubrimiento de un nuevo elemento es tal que los científicos están dispuestos a poner toda su carrera en juego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
Las sustancias más simples 
 
3 Isótopos 
 
 
 
Los isótopos no son sólo sustancias mortales utilizadas para 
fabricar bombas y envenenar a las personas. El concepto de 
isótopo abarca muchos elementos químicos que tienen una 
cuota ligeramente alterada de partículas subatómicas. Los 
isótopos están presentes en el aire que respiramos y en el 
agua que bebemos. Incluso puedes usarlos (con total 
seguridad) para hacer que el hielo se hunda. 
Flotadores de hielo. Excepto cuando no flota. Así como los átomos de un solo 
elemento son iguales, excepto cuando son diferentes. Si tomamos el elemento 
más simple, el hidrógeno, podemos estar de acuerdo en que todos los átomos de 
ese elemento tienen un protón y un electrón. No se puede llamar a un átomo de 
hidrógeno átomo de hidrógeno a menos que solo tenga un protón en el núcleo. 
Pero, ¿qué pasa si el único protón va acompañado de un neutrón? ¿Seguiría 
siendo hidrógeno? 
 
Los neutrones fueron la pieza faltante del rompecabezas que escapó de los 
productos químicos y físicos hasta la década de 1930 (ver "Los neutrones que 
faltan", a continuación). Estas partículas neutras no hacen ninguna diferencia en 
el equilibrio general de la carga de un átomo, sino que alteran radicalmente su 
masa. La diferencia entre uno y dos neutrones en el núcleo de un átomo de 
hidrógeno es suficiente para hacer que el hielo se hunda. 
Agua pesada La introducción de un neutrón extra en un átomo de hidrógeno 
hace una gran diferencia en estos átomos de peso mosca, es el doble de su parte 
de nucleones. El "hidrógeno pesado" resultante se llama deuterio (D o 2H) y, al 
igual que los átomos de hidrógeno normales, los átomos de deuterio se aferran 
al oxígeno para formar agua. Por supuesto que no forman agua normal (H2O). 
Forman agua con demasiados neutrones: "agua pesada" (D2O), o, para dar el 
nombre apropiado, óxido de deuterio. Tome agua pesada, fácil de comprar en 
línea, y congelarla en forma de hielo. ¡Tira un cubo en un vaso de agua corriente 
y, míralo, se hunde! A modo de comparación, puede agregar un cubo de hielo 
común y maravillarse con la diferencia que hace una partícula subatómica por 
átomo. 
 
 
 
Los neutrones perdidos 
El descubrimiento de neutrones por el físico James Chadwick – quien continuó trabajando en la 
bomba atómica – resolvió un problema problemático con el peso de los elementos. Durante 
años, se había hecho evidente que los átomos de cada elemento eran más pesados de lo que 
deberían haber sido. Desde el punto de vista de Chadwick, los núcleos atómicos de ninguna 
manera podían pesar tanto como pesaban si sólo tuvieran protones. Era como si los elementos 
se hubieran ido de vacaciones de verano con el equipaje lleno de ladrillos. Sóloque nadie podía 
encontrar los ladrillos. Chadwick había sido convencido por su supervisor, Ernest Rutherford, 
de que los átomos estaban contrabandeando partículas subatómicas. Rutherford describió 
estos duplicados neutros, o neutrones, en 1920. Pero no fue hasta 1932 que Chadwick encontró 
evidencia concreta para apoyar la teoría. Descubrió que al bombardear el berilio metálico de 
plata con radiación de polonio, era capaz de emitir partículas subatómicas con carga neutra: 
neutrones. 
 
 
 
En la naturaleza, aproximadamente uno de cada 6.400 átomos de hidrógeno 
tiene un neutrón más. Hay, sin embargo, un tercer tipo – o isótopo – de 
hidrógeno, y esto es mucho más raro y algo menos seguro de manejar en casa. El 
tritio es un isótopo del hidrógeno en el que cada átomo contiene un protón y 
dos neutrones. Sin embargo, el tritio es inestable y, al igual que otros elementos 
radiactivos, sufre desintegración radiactiva. Se utiliza en el mecanismo que 
detona las bombas de hidrógeno. 
Radiactividad A menudo la palabra "isótopo" va precedida de la palabra 
"radiactivo", por lo que puede haber una tendencia a suponer que todos los 
isótopos son radiactivos. No, no lo son. Como acabamos de ver, es muy posible 
tener un isótopo de hidrógeno que no sea radiactivo, en otras palabras, un 
isótopo estable. Del mismo modo, hay isótopos estables de carbono, oxígeno y 
otros elementos en la naturaleza. 
 
Los isótopos radiactivos se deforman, lo que significa que sus átomos se 
desintegran, liberando materia del núcleo en forma de protones, neutrones y 
electrones (ver "Tipos de radiación", más abajo). El resultado es que el número 
atómico de estos elementos cambia y pueden convertirse en elementos 
Tipos de radiación 
La radiación alfa, que consiste en dos protones y dos neutrones, es equivalente a un núcleo atómico de helio. Es débil y 
puede ser bloqueado por una hoja de papel. La radiación beta consiste en electrones rápidos y penetra en la piel. La 
radiación gamma es energía electromagnética, como la luz, y sólo puede ser bloqueada por una placa de plomo. Los 
efectos de la radiación gamma son muy dañinos; Los rayos gamma de alta energía se utilizan para destruir los tumores 
cancerosos. 
 
completamente diferentes. Esto podría haber parecido mágico a los alquimistas 
de los siglos 16 y 17, que estaban obsesionados con encontrar maneras de 
transformar un elemento en otro (el otro es preferiblemente oro). 
Los elementos radiactivos desfallecer a diferentes velocidades. El carbono-14 – 
una forma de carbono con 14 nucleones en su núcleo (6 protones y 8 
neutrones), en lugar de los 12 reguladores (6 protones y 6 neutrones) – se 
puede utilizar con seguridad sin precauciones especiales. Si tienes que medir un 
gramo de carbono-14 y dejarlo en el alféizar de una ventana, tendrás que 
esperar mucho tiempo para que tus átomos se deterioren. Tomaría 5.700 años 
para que la mitad de los átomos de carbono en su muestra se desintegraran. 
Esta medida de tiempo, o velocidad de decaimiento, se denomina tiempo de 
vida media. En contraste, el polonio-214 tiene una vida media de menos de un 
milisegundo, lo que significa que en algún mundo paralelo loco donde se podía 
medir un gramo de polonio radiactivo, ni siquiera tendría la oportunidad de 
llevarlo al alféizar de la ventana antes de que todo hubiera caído 
peligrosamente. 
 
El ex espía ruso Alexander Litvinenko y posiblemente el líder palestino Yasser 
Arafat fueron asesinados con un isótopo de polonio más estable, que decae con 
días en lugar de segundos, aunque fatalmente. En el cuerpo humano, la 
radiación liberada por la desintegración del núcleo de polonio-210 desgarra las 
células y causa dolor, náuseas y fallos del sistema inmunológico en el proceso. 
En las investigaciones de estos casos, los científicos buscaron productos de 
decaimiento del polonio, porque el polonio-210 en sí ya no estaba presente. 
Volver al futuro Los isótopos radiactivos pueden ser mortales, pero también 
pueden ayudarte a entender nuestro pasado. El carbono-14 que dejamos decaer 
lentamente en el alféizar de nuestra ventana tiene algunos usos científicos bien 
conocidos: uno de ellos es la datación de fósiles por el isótopo de carbono, el 
otro es aprender sobre climas pasados. Debido a que tenemos una buena idea 
de cuánto tiempo tardan los isótopos radiactivos en decaer, los científicos 
pueden calcular la edad de los artefactos, animales muertos o atmósferas 
antiguas preservadas en el hielo mediante el análisis de los niveles de diferentes 
isótopos. Por supuesto, cualquier animal inhalará pequeñas cantidades de 
carbono-14 –en dióxido de carbono– durante la vida. Esto cesa tan pronto como 
el animal muere, y el carbono-14 en su interior comienza a decaer. Como los 
científicos saben que el carbono-14 tiene una vida media de 5.700 años, pueden 
calcular cuándo murieron los animales fosilizados. 
 
Rara vez un solo descubrimiento en química ha 
tenido tal impacto en el pensamiento en tantos 
campos de la empresa humana. " 
El profesor A. Westgren, presentando el Premio Nobel de Química 
por el carbono-14 que data de Willard Libby 
Cuando se toman muestras de hielo de casquetes de hielo o glaciares que han 
estado congelados durante miles de años, ya proporcionan una línea de tiempo 
de los cambios atmosféricos, basada en los isótopos que contienen. Esta 
comprensión del pasado de nuestro planeta puede ayudarnos a predecir lo que 
sucederá con la Tierra en el futuro, ya que los niveles de dióxido de carbono 
continúan variando. 
 
La idea en síntesis: 
La diferencia que hace un neutrón 
4 Compuestos 
 
 
 
En química, hay sustancias que contienen un solo elemento y 
hay aquellas que contienen más de uno: los compuestos. Y es 
cuando se reúnen los elementos que la extraordinaria 
diversidad de la química se hace evidente. Es difícil estimar 
cuántos compuestos químicos hay y, con nuevos compuestos que 
se sintetizan cada año, sus usos se multiplican. 
En la ciencia, de vez en cuando alguien hace un descubrimiento que contradice 
lo que todo el mundo creía que era una ley fundamental. Durante un tiempo, la 
gente se rasca la cabeza y se pregunta si hubo algún error o si los datos fueron 
falsificados. Por lo tanto, cuando la evidencia finalmente se vuelve irrefutable, 
los compendios tienen que ser reescritos y se abre una dirección 
completamente nueva para la investigación científica. Eso es lo que sucedió 
cuando Neil Bartlett descubrió un nuevo compuesto en 1962. 
Trabajando tarde un viernes, Bartlett estaba solo en su laboratorio cuando hizo 
el descubrimiento. Dejó que dos gases – xenón y hexafluoruro de platino – se 
mezclaron y producen un sólido amarillo. He aquí que Bartlett había creado un 
compuesto de xenón. No es sorprendente, se puede encontrar, pero en ese 
momento, la mayoría de la comunidad científica creía que el xenón, al igual que 
otros gases nobles (ver página 12), era completamente inerte e incapaz de 
formar compuestos. La nueva sustancia fue nombrada hexafluoroplatita, y el 
trabajo de Bartlett pronto convenció a otros científicos para comenzar la 
búsqueda de nuevos compuestos de gases nobles. Durante las décadas 
siguientes se encontraron al menos otros cien compuestos. Desde entonces, los 
compuestos formados por elementos nobles se han utilizado para hacer agentes 
antitumorales y en cirugía ocular con láser. 
Asociar el compuesto de Bartlett puede haber sido un cambio para los libros, 
pero su historia no es solo un gran ejemplo de descubrimiento científico que 
anula alguna "verdad" ampliamente considerada. También es un recordatorio 
del hecho de que los elementos (especialmente los inertes) no son tan útiles por 
sí solos. Por supuesto, hay aplicaciones para ellos – luces de neón, anestesia con 
nanotubos de carbono y xenón, sólo para nombrar unos pocos – pero es sólo 
probar nuevas combinaciones de elementos, y a veces muy complicado, que los 
químicos pueden producir remedios que salvanvidas y materiales de 
vanguardia. 
 
 
 
 
¿Compuestos o moléculas? 
Todas las moléculas contienen más de un átomo. Estos átomos pueden ser átomos del mismo elemento, como en O2, 
los átomos de diferentes elementos, como en CO2. Pero entre O2 y CO2, sólo el CO2 es un compuesto, porque contiene 
átomos de diferentes elementos químicamente unidos. Por lo tanto, no todas las moléculas están compuestas. Pero, 
¿son todos los compuestos moléculas? Lo que confunde aún más las cosas son los iones (ver "Iones", página 21). En 
realidad, los compuestos cuyos átomos forman iones cargados no forman moléculas en el sentido tradicional. En sal, 
por ejemplo, una gran cantidad de iones de sodio (Na+) están conectados a una gran cantidad de iones de cloro (Cl–) 
en una gran estructura cristalina bien dispuesta y que se repite indefinidamente. Así que realmente no hay 
"moléculas" independientes de cloruro de sodio en el sentido más estricto. Aquí la fórmula química, NaCl, muestra la 
proporción de iones de sodio a los iones de cloro, en lugar de referirse a una molécula aislada. Por otro lado, los 
químicos hablan alegre y libremente de "moléculas de cloruro de sodio" (NaCl). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Es necesario asociar un elemento con otro, y quizás otro, y otro, para crear los 
compuestos útiles que forman la base de prácticamente todos los productos 
modernos, desde combustibles, telas y fertilizantes hasta pigmentos, 
medicamentos y detergentes. Casi no habrá nada en su hogar que no esté hecho 
de compuestos, a menos que, como el grafito de carbono del lápiz, esté hecho de 
un solo elemento. Incluso las cosas que han crecido o se han formado por sí 
mismas, como la madera y el agua, están compuestas. De hecho, probablemente 
sean aún más complicados. 
Compuestos y mezclas, Sin embargo, es necesario hacer algunas 
diferenciaciones importantes cuando se habla de compuestos. Los compuestos 
son sustancias químicas que contienen dos o más elementos. Pero simplemente 
pegar dos, o diez, elementos presentes en el mismo entorno no los hace un 
compuesto. Los átomos de estos elementos tienen que estar asociados – tienen 
que formar enlaces químicos (ver página 23). Sin enlace químico, lo que vas a 
obtener es una especie de grupo mixto en una fiesta, que involucra átomos de 
diferentes elementos, lo que los químicos llaman una mezcla. Los átomos de 
algunos elementos también se asocian con otros del mismo tipo, como el 
oxígeno en el aire, que existe principalmente como O2, un dupleto [compuesto 
por dos elementos, binarios]. Los dos átomos de oxígeno forman una molécula 
de oxígeno. Pero esta molécula de oxígeno no es un compuesto, porque contiene 
sólo un tipo de elemento. 
 
"Traté de encontrar a alguien con quien compartir 
el emocionante descubrimiento, pero parecía que 
todos habían ido a cenar. " 
Neil Bartlett 
Los compuestos, entonces, son sustancias que contienen más de un tipo de 
elemento químico. El agua es un compuesto porque contiene dos elementos 
químicos: hidrógeno y oxígeno. También es una molécula porque contiene más 
de un átomo. La mayoría de los materiales modernos y productos comerciales 
también son compuestos hechos de moléculas. Pero no todas las moléculas 
están compuestas, y es discutible si todos los compuestos son moléculas (ver 
"¿Compuestos o moléculas?", página 19). 
Polímeros Algunos compuestos están compuestos dentro de compuestos – 
están hechos de unidades básicas repetidas varias veces, produciendo un efecto 
de cuentas en un collar. Estos compuestos se llaman polímeros. Puedes 
reconocer algunos de estos polímeros por su nombre: polietileno de tus bolsas 
de la compra, cloruro de polivinilo (PVC) de discos de vinilo y poliestireno de 
envases ya lo dicen todo. Menos evidente, el nylon y el mar, el ADN en las células 
y las proteínas en los músculos también son polímeros. La unidad que se repite 
en todos los polímeros, naturales o artificiales, se llama monómero. Ponga los 
monómeros juntos y obtendrá un polímero. En el caso del nylon, hay una 
demostración impresionante hecha en los precipitados en laboratorios de 
Iones 
Cuando un átomo gana o pierde un electrón cargado negativamente, este cambio en el equilibrio de la carga hace 
que el átomo en su conjunto se cargue. Este átomo cargado se llama ion. Lo mismo puede suceder con moléculas, 
que forman iones "poliatómicos" – un ion nitrato (NO3 ) o un ion silicato (SiO4), por ejemplo. La conexión 
Los iones iónicos de cargas opuestas son una forma importante de unir sustancias. 
 
 
 
– 4– 
química en todas partes - usted puede literalmente tirar de una extensión de la 
"cuerda" del nylon la vasija de precipitados y envolverlo derecho en un 
carrete, como un pedazo de hilo. 
Biopolímeros Los biopolímeros, como el ADN (ver página 142), son tan 
complejos que tomó millones de años de evolución para que la naturaleza 
perfeccionara el arte de formarlos. Los monómeros, o "compuestos dentro del 
compuesto", son ácidos nucleicos, productos químicos muy complejos por sí 
mismos. Unidos, forman las largas filas de polímeros que componen nuestro 
código de ADN. Para unirse a los monómeros de ADN, la naturaleza utiliza 
una enzima especial para agregar el grano individual a la pasta. Es increíble 
pensar que la evolución ha encontrado una manera de fabricar compuestos de 
tal complejidad dentro de nuestro propio cuerpo. 
¿Exactamente cuántos compuestos hay? La respuesta honesta es que no lo 
sabemos. En 2005, científicos suizos trataron de estimar cuántos compuestos 
que contienen sólo carbono, nitrógeno, oxígeno o fluoruro serían realmente 
estables. Calcularon cerca de 14 mil millones, pero esto incluyendo sólo 
compuestos con hasta 11 átomos. El "universo químico" –como lo llamaron– es 
verdaderamente vasto. 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
Combinaciones químicas 
4 Juntandolo todo 
 
 
¿Cómo se aglomera la sal? ¿Por qué el agua hierve a 100 
grados centígrados? Y lo más importante, ¿por qué una pieza 
de metal se parece a una comunidad hippie? Todas estas 
preguntas, y más, se responden prestando atención a los 
diminutos electrones cargados negativamente que se mueven 
entre los átomos y a su alrededor. 
Clúster de átomos. ¿Qué pasaría si no lo hiciera? Bueno, para empezar, el 
universo sería un desastre total. Sin las conexiones y fuerzas que mantienen 
unidos los materiales, nada existiría de la manera en que lo conocemos. Todos 
los átomos que componen tu cuerpo, palomas, moscas, televisores, copos de 
maíz, el Sol y la Tierra estarían flotando en un vasto mar de átomos casi 
infinitos. Entonces, ¿cómo se adhieren los átomos entre sí? 
Pensamiento negativo De una manera u otra, los átomos, dentro de sus 
moléculas y compuestos, están unidos por sus electrones, las diminutas 
partículas subatómicas que forman una nube de lesado negativo alrededor del 
núcleo cargado positivamente del átomo. Se ordenan en capas, o conchas, 
alrededor del núcleo atómico y, teniendo cada elemento un número diferente de 
electrones, cada elemento tiene un número diferente de electrones en su capa 
más externa. Sin embargo, el hecho de que un átomo de sodio tenga una nube de 
electrones que se ve ligeramente diferente de la nube de electrones de un átomo 
de cloro produce un efecto interesante. De hecho, es la razón por la que pueden 
conectarse entre sí. El sodio pierde fácilmente el electrón en su capa externa. La 
pérdida de carga negativa la hace positiva (Na+). Mientras tanto, el cloro gana 
fácilmente un electrón cargado negativamente para llenar su capa externa, 
convirtiéndose, en general, en carga negativa (Cl–). Los opuestos se atraen entre 
sí y listo, tienes un enlace químico. Y un poco de sal - cloruro de sodio (NaCl). 
 
Situaciones de vida Hay tres tipos principales de enlaces químicos. 
Comencemos con el enlace covalente, en el que cada molécula dentro de un 
compuesto es una familia de átomos que comparten algunos electrones (ver 
"Enlaces simples, dobles y triples", arriba).Estos electrones sólo se comparten 
entre los miembros de la misma molécula. Piense en ello como una situación de 
vida: cada molécula, o familia, vive en una hermosa casa unifamiliar, cuidando 
de sus cosas y permaneciendo en ella. Así es como viven moléculas como el 
dióxido de carbono, el agua y el amoníaco (el compuesto apestoso utilizado en 
los fertilizantes). 
Conexiones simples, dobles y triples 
Para simplificar, cada enlace covalente es un par compartido de electrones. El número de electrones que un átomo 
tiene que compartir es generalmente el mismo que el número en su capa externa. Así, por ejemplo, debido a que el 
dióxido de carbono tiene cuatro electrones para compartir, puede formar hasta cuatro pares compartidos, o cuatro 
enlaces. Esta idea de que el carbono forma cuatro enlaces es importante en la estructura de casi todos los 
compuestos orgánicos (que contienen carbono), en los que los esqueletos de carbono están decorados con otros tipos 
de átomos: en moléculas orgánicas de cadena larga, por ejemplo, los átomos de carbono comparten sus electrones 
entre sí y también a menudo con átomos de hidrógeno. Pero a veces los átomos comparten más de un par con otro 
átomo. Así que puedes tener un doble enlace carbono-carbono o un doble enlace carbono-oxígeno. Incluso se pueden 
tener enlaces triples, en los que los átomos comparten tres pares de electrones, aunque no todos los átomos tienen 
tres electrones para compartir. El hidrógeno, por ejemplo, sólo tiene uno. 
 
 
CH4 (metano) – configuración electrónica (izquierda) y modelo estructural (derecha) 
 
 
"Acabo de regresar de unas vacaciones cortar para 
los cuales los únicos libros que tengo tomé media 
docena de historias de detectives y su La naturaleza 
de enlace químico. Encontré el tuyo el más 
emocionante de todos. " 
Gilbert Lewis, químico americano, escribiendo en Linus Pauling 
(1939) 
Los enlaces iónicos, a su vez, funcionan por el modelo de unión de "atracción de 
opuestos", como el cloruro de sodio en el ejemplo anterior, de sal. Este tipo de 
conexión es más como vivir en un edificio de apartamentos, donde cada 
ocupante tiene vecinos en ambos lados, así como arriba y abajo. No hay casas 
separadas, es solo un gran bloque vertical de apartamentos. Los ocupantes en 
su mayoría cuidan de sus propias cosas, pero los vecinos cercanos donan y 
reciben electrones unos de otros. Esto es lo que los une: en compuestos con 
enlaces iónicos, los átomos se unen porque existen como iones de cargas 
opuestas (ver "Iones", página 21). 
Y luego está la conexión de metal. La unión en los metales es un poco más 
extraña. Funciona con los mismos principios rígidos de atraer cargas opuestas, 
pero en lugar de un bloque de rascacielos, es más como una comunidad hippie. 
Todos los electrones se comparten comunalmente. Los electrones cargados 
negativamente flotan allí, siendo atrapados y "apagados" por iones metálicos 
cargados positivamente. Dado que todo pertenece a todos, no se trata de robo, 
es como si todo estuviera unido por la confianza. 
Sin embargo, estas conexiones no son suficientes para mantener unido a todo el 
Universo. Además de los fuertes enlaces dentro de las moléculas en los 
compuestos, existen las fuerzas más débiles que mantienen unidas colecciones 
enteras de moléculas, como los vínculos sociales que mantienen unidas a las 
comunidades. Algunas de las interacciones más fuertes se observan en el agua. 
Debido a que el agua es especial Es posible que nunca haya pensado en ella, 
pero el hecho de que el agua en su hervidor de agua hierve a 100 grados 
centígrados es bastante extraño. La temperatura de ebullición del agua es 
mucho más alta de lo que esperaríamos para algo compuesto de hidrógeno y 
oxígeno. Podemos suponer razonablemente a partir de un estudio de la Tabla 
Periódica (ver páginas 206-7) que el oxígeno se comportaría de manera similar 
a la de otros elementos que ocupan la misma columna. Sin embargo, si 
producías compuestos de hidrógeno con los tres elementos debajo del oxígeno, 
ciertamente no podrías hacer algo tan simple como hervirlos en un hervidor de 
agua. Esto se debe a que los tres hierven a temperaturas bajo cero 
(centígrados), lo que significa que son gases cuando están a la temperatura de 
su cocina. Por debajo de cero, el agua sigue siendo hielo. Entonces, ¿por qué un 
Van der Waals 
Las fuerzas de Van der Waals, llamadas así por el físico holandés, son fuerzas muy débiles entre todos los átomos. 
Existen porque incluso en átomos y moléculas estables los electrones se mueven un poco, cambiando la distribución de 
la carga. 
Esto significa que una parte cargada negativamente de una molécula puede atraer temporalmente una parte cargada 
positivamente de otra. Las secciones de carga más permanentes ocurren en moléculas "polares", como el agua, lo que 
permite atracciones ligeramente más fuertes. El enlace de hidrógeno es un caso especial de este tipo de atracción, 
formando enlaces intermoleculares particularmente fuertes. 
 
compuesto de oxígeno e hidrógeno permanece líquido a una temperatura tan 
alta? 
La respuesta está en las fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua 
como un grupo, evitando que huyen tan pronto como sientan un poco de calor. 
Estos llamados "enlaces de hidrógeno" se forman entre átomos de hidrógeno en 
una molécula y átomos de oxígeno en otra. ¿cómo? Una vez más, volvemos a los 
electrones. En una molécula de agua, los dos hidrógenos se encuentran en el 
lecho con oxígeno, que recoge todas las cubiertas – los electrones cargados 
negativamente – por sí mismos. Las cargas ahora parcialmente positivas de los 
hidrógenos descubiertos indican que serán atraídos por los ladrones de oxígeno 
de otras moléculas de agua, que son más negativas. Debido a que cada molécula 
de agua tiene dos hidrógenos, puede formar dos de estos enlaces de hidrógeno 
con otras moléculas de agua. Las mismas fuerzas de adhesión ayudan a explicar 
la estructura entrelazada del hielo y la tensión en la superficie de un lago que 
permite que un insecto se deslice sobre él. 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
Compartir electrones 
6 Cambios de fase 
 
 
 
Pocas cosas siguen igual. Los químicos hablan de transiciones 
entre las diferentes fases de la materia, pero esto, de hecho, es 
sólo una forma caprichosa de decir que las sustancias cambian. 
La materia puede adoptar múltiples formas: además de los 
estados sólidos, líquidos y gaseosos de la vida cotidiana, hay 
algunas fases menos comunes de la materia. 
Piensa en lo que sucede si dejas unas barras de chocolate en el bolsillo en un día 
caluroso. Puedes sacarlos de tu bolsillo y dejarlos en un lugar fresco para 
endurecerlos de nuevo, pero el sabor ya no será exactamente el mismo. ¿Por 
qué? La respuesta está en el conocimiento de la diferencia entre el chocolate 
original y el chocolate endurecido de nuevo. Primero vamos a tener que 
volver a la escuela de ciencias. 
Sólidos, líquidos y gases... y plasma La mayoría de las personas han 
escuchado que la materia tiene tres fases: sólida, líquida y gaseosa. ¿Recuerdas 
cuando aprendiste eso en la escuela secundaria? Probablemente los recuerdes 
como "estados". Un ejemplo básico del cambio de estado de una sustancia es 
congelar y descongelar el agua, un cambio entre un estado sólido y un líquido. 
Muchas otras sustancias también se funden, pasando de sólido a líquido, y los 
químicos lo llaman fusión térmica. Los diferentes estados se explican a menudo 
por la agitación de átomos o moléculas en la sustancia. En un sólido, están 
hacinadas, como las personas en un ascensor abarrotado, mientras que en un 
líquido las moléculas circulan y se mueven uno alrededor de otras más 
libremente. En el estado gaseoso, las partículas están más dispersas y no tienen 
límites fijos: es como si las puertas del ascensor se abrieran y los pasajeros se 
extendieran en diferentes direcciones. 
Estos tres estados de la materia marcan los límites delconocimiento de muchas 
personas, pero hay muchos otros, de alguna manera más esotéricos y quizás 
menos conocidos. Para empezar, está el plasma aparentemente futurista. En este 
estado gaseoso – utilizado en las pantallas de televisión de plasma, por ejemplo 
– los electrones se soltaron y las partículas de materia se cargaron. Lo que es 
diferente aquí, para continuar con la analogía, es que cuando las puertas del 
ascensor se abren, todos salen al mismo tiempo, de una manera más ordenada. 
Debido a que las partículas están cargadas, el plasma fluye en lugar de rebotar 
por todas partes. Los cristales líquidos, utilizados en la televisión LED, son otro 
estado extraño de la materia (véase "Cristales líquidos", página 28). 
 
Se desliza rápidamente sobre una superficie pulida, 
como si estuviera suspendida por la atmósfera 
gaseosa que la rodea constantemente, hasta 
desaparecer por completo. " 
Adrien-Jean-Pierre Thilorier, químico francés mientras hablaba de 
su primera observación de secado en hielo 
Más de cuatro Cuatro estados, o fases, pueden ser suficientes para entender 
muchos de los cambios que observamos diariamente en las sustancias. Incluso 
pueden explicar algún lugar menos común. Por ejemplo, las máquinas de humo 
utilizadas en teatros y clubes nocturnos, que crean nubes muy densas de humo 
o niebla, están utilizando "hielo seco", que es congelado o dióxido de carbono 
sólido (CO2). Cuando esta sustancia entra en contacto con el agua caliente, 
sucede algo bastante inusual: pasa directamente de sólido a gas, sin pasar por la 
fase líquida. (Esta, por cierto, es la razón por la que se llama hielo seco). El 
cambio de fase sólida a gaseosa se denomina sublimación. Tan pronto como 
esto sucede, las burbujas de gas, todavía frías, condensan el vapor de agua en el 
aire, produciendo una niebla. 
 
Cuatro fases, sin embargo, todavía no explican la pregunta presentada 
anteriormente: ¿Por qué el mismo chocolate tiene un sabor diferente solo 
porque se derritió y luego se solidificó? Sigue siendo sólido, después de todo. 
Pero esto se debe a que hay más fases de las que pueden acceder los tres o 
cuatro estados clásicos. Numerosas sustancias tienen múltiples fases dentro del 
estado sólido, y muchas de estas formas sólidas se componen de cristales. La 
manteca de cacao en el chocolate es en realidad cristalina, y son las diferencias 
en la formación de sus cristales las que determinan la etapa en la que se 
encuentra el producto. 
 
Cristales líquidos 
La mayoría de nosotros hemos oído hablar del estado de cristal líquido debido a su aplicación 
en pantallas de cristal líquido (LCD) utilizadas en dispositivos electrónicos modernos. Muchos 
materiales diferentes muestran este estado, no solo los componentes de su televisor: los 
cromosomas en sus células también se pueden considerar líquidos cristalinos. Como sugiere el 
término, el estado del cristal líquido está más o menos entre un cristal líquido y un cristal 
sólido. Las moléculas, que generalmente tienen la forma de un palo, se organizan 
aleatoriamente en una dirección (como un líquido), pero se compactan regularmente (como un 
cristal) en otra. Esto se debe a que las fuerzas que mantienen unidas las moléculas son más 
débiles en una dirección que en otra. Las moléculas en los cristales líquidos forman capas que 
pueden deslizarse unas sobre otras. Incluso entre capas, las moléculas dispuestas al azar 
todavía se mueven. Es esta combinación de movimiento y disposición regular lo que hace que 
los cristales se comporten como líquidos. En las pantallas LED, la posición de las moléculas y el 
espacio entre ellas afectan a cómo reflejan la luz y el color que vemos. Con el uso de electricidad 
para afectar las posiciones de las moléculas de cristal líquido "jabonadas" en medio del 
vidrio, podemos crear patrones e imágenes en una pantalla. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seis tipos de chocolate Finalmente, así que estamos listos para atacar el 
delicioso tema del chocolate. A estas alturas es posible que haya empezado a 
pensar que tal vez el chocolate es un poco más complicado de lo que parece. El 
ingrediente principal, la manteca de cacao, consiste en moléculas llamadas 
triacilglicerols (triglicéridos), pero para simplificar las cosas nos referiremos a 
ellos solo como "manteca de cacao". La manteca de cacao cristaliza bajo no 
menos de seis formas diferentes, o polimorfos, todos los cuales tienen 
estructuras distintas y se funden a diferentes temperaturas. Cada vez que 
Nuevas fases 
Las sustancias pueden existir en múltiples fases, e incluso hay fases que aún no se han descubierto. Parece que los 
científicos están constantemente encontrando nuevas fases del agua (ver página 118). En 2013, un artículo publicado 
en la revista científica Physical Review Letters anunció un nuevo tipo de hielo superestable "superyónico" que se 
espera que esté presente en grandes cantidades en el núcleo de los planetas gigantes como: Urano y Neptuno. 
 
derritamos el chocolate y luego dejamos que se endurezca de nuevo obtenemos 
un polimorfo diferente, cada uno con un sabor específico. 
Incluso si deja su chocolate a temperatura ambiente, cambiará lenta pero 
seguramente a una forma diferente: el polimorfo más estable. Los químicos 
llaman a este cambio de transición de fase, y eso explica por qué a veces se 
desenvuelve una barra de chocolate que había sido almacenada durante unos 
meses y se encuentra la pizarra que parece enferma. La parte blanquecina no 
hace ningún daño. Es sólo polimorfo VI. En cierto sentido, cada manteca de 
cacao "quiere" ser polimorfo VI, porque es la forma más estable. Pero no sabe 
tan bien. Para evitar la transición lenta a VI, puede intentar mantener su 
chocolate a una temperatura más baja, en la nevera, por ejemplo. 
La capacidad de manipular las diferentes formas de chocolate es, por supuesto, 
de gran interés para la industria alimentaria, y sólo en los últimos años se han 
llevado a cabo algunos estudios muy sofisticados sobre los polimorfos de 
chocolate. En 1998, el fabricante de chocolate Cadbury utilizó un acelerador de 
partículas para sondear los secretos del sabroso chocolate, utilizando este 
equipo para descubrir las diferentes formas del cristal de manteca de cacao y 
cómo hacer la mejor preparación, que se derrite en la boca. 
La deliciosa forma brillante que todos queremos comer es polimorfo V, pero 
conseguir que un plato entero cristalice en forma de V no es fácil. Requiere un 
proceso altamente controlado de fusión y enfriamiento a temperaturas 
específicas para que los cristales se formen de la manera correcta. Lo más 
importante, por supuesto, es que hay que comerlo antes de que vuelva a 
cambiar de fase. Así que, niños y niñas, tienen una gran excusa para comer 
todos sus huevos de chocolate el mismo Domingo de Resurrección. 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
No sólo sólidos, líquidos y gases 
 
7 Energía 
 
 
 
La energía es como una especie de ser sobrenatural: poderoso, 
pero imposible de conocer. Aunque podemos ser testigos de 
sus efectos, nunca se revela en su verdadera forma. En el siglo 
19, James Joule sentó las bases de una de las leyes más 
fundamentales de la ciencia. Esta ley ordena los cambios de 
energía que ocurren en cada reacción química. 
Si estuvieras participando en un juego de adivinanzas y tuvieras que presentar 
un mimo para obtener energía, ¿cuál sería? Es un rompecabezas, porque 
definirlo es muy difícil. Es combustible, es comida, es calor, es lo que sacas de los 
paneles solares; es un resorte en espiral, una hoja que cae, una vela que 
revolotea o un imán, un rayo y el sonido de una guitarra española. Si la energía 
puede ser todo eso, entonces ¿cuál es su esencia? 
¿Qué es la energía? Todos los seres vivos usan la energía para construir su 
cuerpo y crecer, y en algunos casos para moverse. Los seres humanos parecen 
ser adictos a la cosa, aprovechando grandes cantidades de ella parala 
iluminación de los hogares, como combustible de la tecnología, y para traer 
fuerza a las fábricas. Sin embargo, la energía no es una sustancia que podamos 
reconocer; no podemos verla ni poner nuestras manos en ella. Es intangible. 
Siempre fuimos conscientes de sus efectos, incluso vagamente, pero fue sólo 
desde el siglo 19 que realmente sabíamos que existía. Antes del trabajo del 
físico inglés James Prescott Joule, sólo teníamos una idea confusa de lo que 
realmente era la energía. 
Joule era hijo de un cervecero. Fue educado en casa e hizo muchos de sus 
experimentos en el sótano de la cervecería de su familia. Estaba interesado en la 
relación entre el calor y el movimiento, ¡tan interesado estaba que tomó sus 
termómetros (y William Thomson) en su luna de miel para estudiar las 
diferencias de temperatura entre la parte superior e inferior de una cascada 
cercana! Joule tuvo problemas para publicar sus artículos, pero gracias a 
algunos amigos famosos – nada menos que el pionero de la electricidad Michael 
Faraday – finalmente consiguió que tomaran nota de su trabajo. Su idea clave 
era esencialmente esta: el calor es movimiento. 
¿El calor es movimiento? En primera lectura, esta observación puede no tener 
mucho sentido. Pero piénsalo: ¿por qué te frotas las manos para calentarlas en 
un día frío? ¿Por qué los neumáticos de un vehículo en movimiento se calientan? 
El artículo de Joule Sobre el equivalente mecánico del calor, publicado el día de 
Trabajo 
Aunque la energía es muy difícil de definir, se puede considerar como la capacidad de producir calor o "realizar 
trabajo". Admito que suena un poco ambiguo. ¿Realizar un trabajo? ¿Qué trabajo? El trabajo es, de hecho, un concepto 
importante en física y química, relacionado con el movimiento. Si algo se mueve, entonces hay un trabajo que se está 
haciendo. Una reacción de combustión, como en el motor de un automóvil, libera calor, lo que hace que los pistones 
se muevan (realizando el "trabajo") a medida que los gases se expanden en el motor. 
 
Año Nuevo en1850, hizo el mismo tipo de investigación. En este texto observó 
que el mar se calienta después de días de clima tormentoso, y detalló su propio 
intento de replicar el efecto, utilizando una rueda con palas. Al hacer 
mediciones precisas de temperatura utilizando sus termómetros confiables, 
demostró que el movimiento se puede convertir en calor. 
A través de la investigación de Joule y el trabajo de los científicos alemanes 
Rudolf Clausius y Julius Robert von Mayer, aprendemos que la resistencia 
mecánica, el calor y la electricidad están estrechamente relacionados. Joule (J) 
eventualmente se convirtió en una unidad de medida estándar de "trabajo" (ver 
"Trabajo", arriba) – una cantidad física que puede ser considerada como 
energía. 
 
 
 
 
 
 
 
De uno a otro Hoy reconocemos muchos tipos diferentes de energía y sabemos 
que uno se puede convertir en el otro. La energía química en el carbón o el 
petróleo, por ejemplo, es energía almacenada hasta que se quema y se 
transforma en energía térmica para calentar nuestros hogares. Por lo tanto, la 
conexión de Joule entre el calor y el movimiento ya no parece tan extraña, ya 
que ahora consideramos ambos como tipos de energía. En un nivel más 
profundo, sin embargo, el calor realmente es movimiento - lo que hace que una 
olla de agua caliente es el hecho de que las moléculas de agua energizadas en 
ella están temblando en un estado de excitación. El movimiento es sólo otro tipo 
de energía. 
En los productos químicos, la energía se almacena en los enlaces entre los 
átomos. Cuando los enlaces se rompen, en las reacciones químicas, hay 
liberación de energía. El proceso opuesto, la formación de conexiones, almacena 
energía para más adelante. Al igual que la energía en un resorte espiral, esa 
energía es "energía potencial", disponible hasta que se libera. La energía 
potencial es simplemente energía almacenada en un objeto debido a su 
posición. En el caso de la energía química potencial, esto se refiere a la posición 
de las conexiones. Cuando estás en la parte superior de una escalera, tu energía 
potencial es mayor que cuando estás en la parte inferior, y también hay energía 
potencial en el agua desde la parte superior de la cascada de luna de miel de 
Joule. Su energía potencial depende de su masa: si se sienta y come pasteles 
durante un mes y luego regresa a la parte superior de la escalera, su energía 
potencial será mayor. 
Incluso sentarse y comer pastel es un ejemplo de cambio de energía - el azúcar y 
la grasa en el pastel proporcionan energía química, que se convierte en energía 
térmica por sus células con el fin de mantener su temperatura corporal, y en 
energía cinética, para comandar los músculos que le llevará a la parte superior 
de la escalera. Todo lo que hacemos, todo lo que hace nuestro cuerpo, y 
básicamente todo lo que sucede, se basa en estas conversiones de energía. 
La energía cambia, pero sigue siendo la misma El trabajo de James Joule 
sentó las bases de lo que se ha convertido en uno de los principios más 
importantes de toda la ciencia: la Ley de Conservación de Energía, también 
conocida como la Primera Ley de la Termodinámica (ver página 42). Esta ley 
determina que la energía nunca se crea y nunca se destruye. Simplemente se 
convierte de una forma a otra, como lo indica la experiencia de Joule con la 
rueda de paletas. Pase lo que pase en las reacciones químicas, y en cualquier 
otro lugar, la cantidad total de energía en el Universo debe permanecer 
siempre igual. 
 
"Mi objetivo era, primero, descubrir los principios 
correctos, y luego sugerir su desarrollo práctico. " 
James Prescott Joule, James Joule : una biografía 
Lo que toda la energía tiene en común es la capacidad de cambiar algo. Ahora, si 
eso te dice cómo imitar la energía en un juego de adivinanzas, esa es otra 
pregunta. La energía es una rueda de paletas giratorias. Es un pastel. Eres tú 
subiendo las escaleras, parado en la parte superior y cayendo escalones. Trate 
de imitar estas cosas. Todavía estás tan confundido como lo has estado nunca. 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
La capacidad de hacer cambios 
8 Reacciónes químicas 
 
 
Las reacciones químicas no son solo explosiones ruidosas que 
pueden llenar el aire en una caricatura sobre el laboratorio de 
un científico. También son procesos cotidianos que pasan 
discretamente dentro de las células de los seres vivos, 
incluyéndonos a nosotros. Suceden sin que nos demos cuenta. 
Aun así, ¡a todos nos encanta una buena explosión ruidosa! 
Existen, en términos generales, dos tipos de reacciones químicas. El tipo de 
reacción química grande, llamativa y explosiva –que significa "alejarse bien y 
usar gafas"– y el tipo de reacción silenciosa, "que se arrastra, apenas se da 
cuenta". El tipo "back off" puede llamar su atención, pero el "mal si se puede 
decir" puede ser igual de impresionante. (De hecho, por supuesto, hay una 
variedad vertiginosa de diferentes reacciones químicas, en número demasiado 
para enumerar aquí.) 
Los químicos no pueden resistirse al primer tipo. Pero, ¿no es así con todos 
nosotros? ¿Quién, al obtener una entrada a un espectáculo de fuegos artificiales, 
preferiría sentarse en silencio para ver un metal oxidado? ¿Quién no saltó y se 
rió un poco cuando el profesor de química prendió fuego a un globo de 
hidrógeno, produciendo un sonido BUUM? Si le pides a cualquier químico que 
demuestre tu reacción favorita, invariablemente invocará la experiencia más 
grande y llamativa que puedas realizar con seguridad. Para comenzar a 
entender las reacciones químicas, volvamos a un profesor de química del siglo 
19 y una de las demostraciones químicas más ruidosas y espectaculares. 
Desafortunadamente, este tipo de experimento no siempre sale según lo 
planeado. 
Quedarse bien detrás Justus Von Liebig era una persona extraordinaria. Pasó 
hambre, se convirtió en profesor a la edad de 21 años, descubrió la base químicadel crecimiento de las plantas y fundó una importante revista científica, por no 
mencionar algunos de sus descubrimientos que llevaron a la invención de una 
pasta de extracto de levadura (también conocida como Marmite). Hizo muchas 
cosas de las que podía estar orgulloso, pero también hizo algunas cosas 
embarazosas. La leyenda dice que durante la demostración de una reacción 
conocida como "perro que ladra" en la familia real bávara en 1853, la 
experiencia explotó de manera un tanto violenta, justo en la cara de la reina 
consorte, Teresa de Sajonia-Hildburghausen, y su hijo, el Príncipe Luitpold. 
 
"... Miré a mi alrededor después de la terrible 
explosión en la sala de estar... y vi la sangre goteando 
de la cara de la reina Teresa y el Príncipe Luitpold. " 
Justus von Liebig 
El "perro que ladra" sigue siendo una de las demostraciones más 
espectaculares. No solo es fantásticamente explosivo y ruidoso, emitiendo un 
sonido "woof", también es brillantemente llamativo. La reacción ocurre cuando 
el disulfuro de carbono (CS2) se mezcla con óxido nitroso (N2O) – más conocido 
como gas hilarante – y se enciende. Es una reacción exotérmica, lo que significa 
que pierde energía en el medio ambiente (ver página 43). En este caso, parte de 
la energía se pierde en forma de un gran destello azul de luz. Ejecutado, como 
suele ser, en un gran tubo transparente, la experiencia es similar a un sable de 
luz que se "enciende" y luego se "borra". Vale la pena tomarse un momento para 
buscar un video en línea si puede. 
 
Si la audiencia de Liebig no hubiera quedado tan impresionada por el efecto, no 
lo habrían convencido de repetir el experimento, y la reina Teresa no habría 
sufrido su pequeña lesión: se dice que la explosión derramó sangre. Sin 
embargo, como todas las reacciones, el "perro que ladra" no es más que un 
reordenamiento de los átomos. Sólo hay cuatro tipos diferentes de átomos – 
elementos – involucrados en el "perro que ladra": carbono (C), azufre (S), 
nitrógeno (N) y oxígeno (O). 
 
N2O + CS2 → N2 + CO + SO2 + S8 
 
Reacción "perro que ladra": en una reacción similar, paralela, puede formar 
también CO2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los químicos utilizan una ecuación química para mostrar dónde terminan 
después de la reacción. 
 
Apenas se puede notar, pero ¿qué pasa con las reacciones más discretas y 
menos vistosas? La roya gradual de una uña de hierro es una reacción química 
entre el hierro, el agua y el oxígeno en el aire, para formar el producto óxido de 
hierro – marrón anaranjado, escamas de óxido (ver página 54). Es una reacción 
de oxidación lenta. Cuando cortas una manzana y se vuelve marrón, es otra 
reacción de oxidación, y que puedes observar en el período de unos minutos. 
Ecuaciones químicas 
En 1615, Jean Beguin publicó un conjunto de notas de clase de química, mostrando un diagrama de la reacción de 
mercure sublimé (cloruro de mercurio, HgCl2) con antimoína (trisulfuro de antimonio, Sb2S3). Aunque se parece más al 
diagrama de una araña, se considera una representación inicial de una ecuación química. Más tarde en el siglo 18, 
William Cullen y Joseph Black, que enseñaron en las universidades de Glasgow y Edimburgo, diseñaron esquemas de 
reacción que contenían flechas para explicar las reacciones químicas a sus estudiantes. 
 
Para una de las reacciones discretas más importantes, no tienes que mirar más 
allá de las plantas en tu ventana. Cosechan lentamente los rayos del sol y 
utilizan la energía para reorganizar el dióxido de carbono y el agua en azúcar y 
oxígeno, en una reacción que conocemos como fotosíntesis (ver página 150). 
Este es un resumen de una cadena de reacciones mucho más compleja 
desarrollada por las plantas. El azúcar se utiliza como combustible para 
alimentar la planta, mientras que el otro producto, el oxígeno, se libera. Puede 
que no sea una reacción tan dramática como el "perro que ladra", pero es 
fundamental para la vida en nuestro planeta. 
Se puede observar el propio cuerpo para ver ejemplos de reacciones. Sus células 
son esencialmente bolsas llenas de productos químicos, centros de reacción en 
miniatura. Cada uno hace lo contrario de lo que hace una planta en la 
fotosíntesis: para liberar energía, la célula reacciona al azúcar absorbido por sus 
alimentos con el oxígeno que respira y los reorganiza, produciendo dióxido de 
carbono y agua. Esta imagen especular, "reacción respiratoria", es la otra gran 
reacción que sostiene la vida en la Tierra. 
Reordenamientos Ya sean grandes o pequeños, lentos o cortos como un rayo, 
todas las reacciones son el resultado de algún cambio en la forma en que los 
átomos están dispuestos en los reactivos iniciales. Los átomos de los diversos 
elementos pueden ser fragmentados y recompuestos de diferentes maneras. 
Esto, en general, significa que se forman nuevos compuestos, mantenidos 
unidos por el intercambio de electrones entre los átomos del nuevo socio. En la 
reacción de "perro que ladra", el monóxido de carbono y el dióxido de azufre 
son los dos nuevos compuestos formados. También se producen moléculas de 
nitrógeno y azufre. En la fotosíntesis, se forman moléculas más grandes y 
complejas: moléculas largas de azúcar que contienen múltiples átomos de 
carbono, hidrógeno y oxígeno. 
 
 
Observación del despliegue de las reacciones 
En general, cuando decimos que "vemos" una reacción que sucede, solo nos referimos a la 
explosión, el cambio de color o alguna otra consecuencia de la reacción. No estamos viendo las 
moléculas individualmente, así que no podemos ver lo que realmente está pasando. Pero en 
2013, investigadores estadounidenses y españoles vieron reacciones que sucedían en tiempo 
real. Capturaron el poder de la microscopía de fuerza atómica para obtener imágenes 
extremadamente cercanas de moléculas aisladas de oligo-(fenileno-1, 2-eynile) que reaccionan 
en una superficie de plata para formar nuevos productos con estructura de anillo. En 
microscopía de fuerza atómica, las imágenes se generan de una manera completamente 
diferente a la de una cámara normal. El microscopio tiene una sonda muy delgada, o "punta", 
que produce una señal cuando toca algo en una superficie. Esta sonda puede detectar la 
presencia de átomos aislados. En las imágenes tomadas en 2013, los enlaces, así como los 
átomos en los reactivos y productos, son claramente visibles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
Reordenamiento de átomos 
9 Equilibrio 
 
Algunas reacciones se guían en una dirección; otros van y 
vienen constantemente. En estas reacciones "flexibles", un 
equilibrio mantiene el statu quo. Las reacciones de equilibrio 
están en todas partes, desde su sangre hasta el sistema de 
combustible que trajo a los astronautas del Apolo 11 de vuelta 
a la Tierra. 
Usted recibirá algunos amigos y compró algunas botellas de vino tinto. 
Queriendo comenzar la fiesta de inmediato, abres una botella, sirves unos vasos 
y esperas a que lleguen todos. Una hora más tarde, después de una avalancha de 
excusas de mensajes de texto, usted y su único amigo todavía están siluciendo 
las primeras copas de vino, mientras que los demás permanecen intactos. De 
dos cosas, una sucede ahora. Su amigo le dará una disculpa educada, dejándolo 
tamizar los vasos intactos de nuevo en la botella. O ustedes dos terminan sus 
vasos, más los otros que se sirvieron, y luego abren la siguiente botella y 
comienzan a beber un poco más. 
Mantén el vino fluyendo Puede que estés pensando en lo que todo esto tiene 
que ver con la química. Bueno, hay muchas reacciones en la química que 
reflejan la situación del vino en la fiesta fallida. Al igual que la acción de verter 
vino de una botella en una copa y volver a la botella de nuevo, estas reacciones 
son reversibles. En química, este tipo de situación se llama equilibrio, y el 
equilibrio controla las proporciones de reactivos y productos en una reacción 
química. 
Imagine que elvino embotellado representa el reactivo químico, mientras que el 
vino vertido en las copas representa el producto de la reacción. En tu fiesta, 
controlas el flujo de vino, de modo que, si alguien bebe una copa, sirves otra. 
Asimismo, la balanza controla el flujo de reactivos a los productos, de manera 
que si parte de los productos desaparece, se trabaja para encontrar el status quo 
transformando parte de los reactivos en nuevos productos. Pero una acción 
reversible también funciona de la manera opuesta; por lo tanto, si algo 
interfiere con el status quo y de repente hay demasiados productos, el equilibrio 
simplemente empuja la reacción hacia atrás en la dirección opuesta y 
reconvierte los productos en reactivos, como volver a verter el vino en la 
botella. 
La existencia de un equilibrio no significa que cada lado de la ecuación química 
sea el mismo que el otro: no siempre hay el mismo volumen de vino en las copas 
y en la botella. Por el contrario, cada sistema químico tiene su propio medio 
Constante de equilibrio 
Cada reacción química tiene su propio equilibrio, pero ¿cómo podemos saber dónde está? Una cosa llamada constante 
de equilibrio determina la proporción de reactivos que se transforman en productos en una reacción reversible – nos 
dice dónde está el equilibrio. La constante de equilibrio tiene el símbolo K y su valor es el mismo que la proporción de 
productos para reactivos. Por lo tanto, si hay cantidades iguales (o concentraciones) de productos y reactivos, 
entonces K es igual a 1. 
Sin embargo, si hay más productos, entonces K es menor que 1. Cada reacción tiene su propio valor de K. En la 
producción industrial de productos químicos, los catalizadores se utilizan para modificar la constante de equilibrio, 
 
óptimo, donde las reacciones de ida y vuelta ocurren en la misma proporción. 
Esto se aplica no solo a reacciones complejas, sino a sistemas simples como los 
ácidos débiles (ver página 47), la donación y aceptación de iones de 
hidrógeno(H+), e incluso moléculas de agua que se dividen en iones H+ y OH–. En 
el agua, el equilibrio está más cerca del H2O del sistema que de los iones 
separados, por lo que pase lo que pase, el equilibrio funcionará para mantener 
la mayor parte del agua como moléculas H2O. 
Combustible para cohetes Entonces, ¿dónde más encontramos este tipo de 
equilibrio químico? El aterrizaje en la luna en 1969 es un buen ejemplo. 
Diseñado por la NASA, el sistema que permitió a Neil Armstrong, Buzz Aldrin y 
Michael Collins regresar a casa fue un sistema químico. Para generar el impulso 
que los arrojó de vuelta al espacio, necesitaban un combustible y un agente 
oxidante, algo que causaría que el combustible se quemara más, agregando 
oxígeno a la mezcla. El agente oxidante utilizado en la misión Apolo 11 se llamó 
tetróxido de dinitrógeno (N2O4), una molécula que se divide por la mitad para 
formar dos moléculas de dióxido de nitrógeno (NO2). Pero el NO2 puede 
convertirse fácilmente en N2O4. Los químicos muestran esto como: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
N2O4 ⇌ 2NO2 
 
En todas partes hay un medio en las cosas, 
determinado por el equilibrio. " 
Dmitri Mendeleev 
presionándolo para crear más productos. Las reacciones que se hacen para hacer productos químicos útiles, como el 
amoníaco (ver página 70), deben reajustarse constantemente para equilibrar la eliminación de productos. Esto se 
debe a que la retirada de los productos cambia temporalmente la proporción de productos a reactivos, o K. Para 
mantener K, la reacción debe seguir ligeramente más fuerte en la dirección hacia adelante, produciendo de nuevo más 
productos. 
A ⇌ B 
Reactivost ⇌ Produtos 
Keq = [B] / [A] 
(colchetes = concentración) 
2 
Si pones tetróxido de nitrógeno en una maceta de vidrio (no es recomendable, 
ya que es corrosivo y, si derramas, perderás algo de piel), verás el equilibrio en 
funcionamiento. Cuando se mantiene frío, el tetróxido de dinitrógeno pardusco 
está en la parte inferior de la olla, mientras que las moléculas de NO2 están en 
una nube de vapor por encima. Sin embargo, la temperatura y otras condiciones 
pueden cambiar la proporción de un equilibrio. En el caso del tetróxido de 
dinitrógeno, un poco de calor toma la balanza a la derecha de la ecuación, 
convirtiendo una mayor parte del agente oxidante en gas. Si se enfría de nuevo, 
la conversión vuelve a N2O4. 
Equilibrio natural Los equilibrios ocurren todo el tiempo en la naturaleza. 
Mantienen en orden los productos químicos contenidos en su sangre, 
manteniendo un pH constante alrededor de 7, asegurando que su sangre nunca 
se vuelva demasiado ácida. Junto a estos mismos equilibrios hay reacciones 
reversibles que controlan la liberación de dióxido de carbono en los pulmones. 
A continuación, exhalar el dióxido de carbono. 
Si has visto los goteos y conos de estalactitas y estalagmitas que se forman en 
las cuevas de piedra caliza, es posible que hayas imaginado cómo se forman. La 
Gran Estalactita que cuelga del techo de la Cueva Doolin en la costa oeste de 
Irlanda es una de las más grandes del mundo, de más de siete metros de largo. 
Se graduó durante miles de años. Esta maravilla natural es, de hecho, otro 
ejemplo de un equilibrio químico en acción. 
 
CaCO3 + H2O + CO2 ⇌ Ca+ + 2 HCO–3 
 
CaCO3 es la fórmula química del carbonato de calcio, que forma roca porosa, 
piedra caliza. El agua de lluvia, que contiene dióxido de carbono disuelto, 
produce un ácido débil llamado ácido carbónico (H2CO3), que reacciona con el 
carbonato de calcio en la piedra caliza, disolviéndose para producir iones de 
carbonato de calcio e hidrógeno. A medida que la lluvia penetra en los agujeros 
de la roca, disuelve pedazos de piedra caliza y lleva consigo los iones disueltos 
allí. Este lento proceso es suficiente para crear cuevas de piedra caliza. Las 
estalactitas, como la gran estalactita, se forman donde esta agua, que contiene 
iones de calcio y carbonato de hidrógeno, gotea en el mismo lugar durante 
mucho tiempo. A medida que el agua de lluvia gotea, se da la reacción opuesta. 
Los iones se convierten de nuevo en carbonato de calcio, agua y dióxido de 
carbono, y se deposita piedra caliza. Finalmente, el continuo aumento de piedra 
caliza en los goteos termina creando una gota de roca sólida en su imagen, con 
resultados impresionantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El principio de Le Châtelier 
En 1884, Henri Louis Le Châtelier propuso un principio que rige los equilibrios químicos: "Todo sistema en equilibrio 
químico, bajo la influencia de un cambio en cada uno de los factores de equilibrio, sufre una transformación en una 
dirección tal que, si esta transformación ocurriera de forma aislada, produciría un cambio en la dirección opuesta del 
factor en cuestión". En otras palabras, cuando se produce un cambio en uno de los factores que influyen en el 
equilibrio, el equilibrio se ajusta para minimizar el efecto del cambio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La idea en síntesis: 
statu quo 
10 Termodinámica 
La termodinámica es una forma de predecir el futuro de los 
químicos. Basándose en algunas leyes fundamentales, pueden 
calcular si algo reaccionará o no. Si es difícil entusiasmarse 
con la termodinámica, piense que tiene mucho que decir 
sobre el té y el fin del universo. 
La termodinámica puede parecer algunos de esos viejos objetos espinosos de 
los que nadie necesita saber nada hoy en día. Después de todo, se basa en leyes 
científicas desarrolladas hace más de cien años. ¿Qué nos puede enseñar hoy la 
termodinámica? Bueno, muchas cosas, en realidad. Los químicos están 
utilizando la termodinámica para averiguar qué sucede en las células vivas 
cuando se enfrían, por ejemplo, cuando los órganos humanos se empaquetan en 
hielo antes de ser trasplantados. La termodinámica también está ayudando a los 
químicos a predecir el comportamiento de ventas delíquidos que se utilizan 
como disolventes en pilas de combustible,