TEMA PARA LA MATERIA DE QUIMICA BASICA CON LABORATORIO...INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA...t&t

1. Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad
Bernardo Herradón
Instituto de Química Orgánica General (CSIC)
EXPOQUIMIA, 22 de octubre de 2008

2. 1er curso de divulgación:
Los Avances de la Química y
su Impacto en la Sociedad
Programa
1. Introducción: La Química es la base de la materia que nos rodea.
2. Impacto de la Química en la sociedad a lo largo de la historia.
3. Aplicaciones de la Química en biomedicina.
4. La Química en el deporte.
5. La Química facilita nuestra vida cotidiana: artilugios caseros.
6. La Química y los medios de transporte.
7. La Química y los alimentos.
8. La Química por un medio ambiente más limpio.
9. Aportaciones de la Química a la nanotecnología.
10.La Química y la producción de energía.
11.Aplicaciones de la Química a la alta tecnología.
12.Un químico lee el periódico: la ciencia detrás de la noticia.

3. ¿Qué es la Química?
La Química estudia las moléculas.
Las moléculas son los componentes básicos de la materia.
Por lo tanto, todo es Química.
La Química es la Ciencia Central, que interacciona con otras
ciencias: Biología, Física, Ciencias de los Materiales, Ciencias
Agrícolas, Geología, Astrofísica, etc.
La Química nos proporciona todas las comodidades de nuestra
vida.
Nosotros somos química.

4. ¿Qué es la Química?
Algunas “visiones” y definiciones sobre la Química son las
siguientes:
LA QUÍMICA CREA SU PROPIO OBJETO.
LA QUÍMICA ENTRE LA FÍSICA Y LA BIOLOGÍA.
LA QUÍMICA: LA CIENCIA CENTRAL, ÚTIL Y CREATIVA.
Hoy en día, los químicos nos hacemos las siguientes preguntas:
¿Por qué las sustancias del mundo se diferencian en sus
propiedades?
¿Cómo podemos controlar y utilizar más eficazmente estas
propiedades?

5. La Química y su relación
con otras Ciencias
Toxicología Ciencias
Ciencia de los Medioambientales
alimentos
Geología
Ciencias de la tierra
Agricultura Química Astrofísica
Veterinaria
Matemáticas
Bioquímica
Física
Biología molecular
Biología Ciencias de los materiales Ingeniería
Biomedicina Nanociencias
Medicina Nanotecnología

6. El impacto de la Química
en la Sociedad
Salud humana: medicinas, material de diagnóstico, lentes de
contacto, prótesis.
Veterinaria.
Agricultura: protección de cosechas (pesticidas, herbicidas,
insecticidas), fertilizantes, abonos.
Protección ambiental.
Materiales útiles: tejidos, velcro, colorantes, celofan, tintas,
piezas de vehículos, electrónica, etc.
Explicación de fenómenos naturales: vida, detección en planetas
extrasolares, etc.

7. La Química y su impacto
en la Sociedad

8. El trabajo de los químicos
ENSEÑAR QUÍMICA PARA QUE LOS ESTUDIANTES
APRENDAN “LO QUE HACEN LOS QUÍMICOS”
QUÍMICA: CIENCIA EXPERIMENTAL
Preparación de nuevos compuestos
Purificación y caracterización estructural
Determinación de propiedades
Químicas
Físicas
Biológicas
Tecnológicas
QUÍMICA: APROXIMACIÓN COMPUTACIONAL
Complemento para explicar los datos experimentales
Análisis de datos
Información estructural y propiedades dificiles de obtener experimentalmente
Entender el comportamiento químico, físico, biológico, tecnológico
Predecir propiedades de compuestos antes de sintetizarlo. Diseño molecular in
silico

9. El impacto de la Química
en la Sociedad
Premio Nobel de Física 2007 Premio Nobel de Química 2007
Albert Fert Peter Grünberg Gerhard Ertl
Por el descubrimiento de la Por el estudio de procesos químicos
magnetoresistencia gigante sobre superficies sólidas

10. El impacto de la Química
en la Sociedad
Magnetoresistencia: Composición química.

11. El impacto de la Química
en la Sociedad
PROCESOS QUÍMICOS CATALÍTICOS
CATALIZADORES DE LOS COCHES
La combustión incompleta genera hidrocarburos, monóxido de carbono (CO)
y óxidos de nitrógeno (NO y NO2). El papel del catalizador es acelerar las
reacciones de oxidación de los hidrocarburos y el CO y de reducción del
NO y el NO2.

12. El impacto de la Química
en la Sociedad
Reacciones químicas: airbag
NaN3 Na + 3/2 N2

13. La Química y los
fenómenos naturales

14. La Química y la explicación de
fenómenos naturales
LA QUÍMICA Y LOS COLORES
El color es un fenómeno físico relacionado con las diferentes
longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagnético,
que perciben las personas y algunos animales a través de los órganos
de visión

15. La Química y la explicación de
fenómenos naturales
LA VISIÓN Y EL COLOR
El color blanco resulta de la superposición de todos los colores,
mientras que el negro es la ausencia de luz.
La luz blanca puede ser descompuesta en todos los colores (espectro) por
medio de un prisma. En la naturaleza esta descomposición da lugar al arco iris

16. La Química y la explicación de
fenómenos naturales
LA VISIÓN Y EL COLOR
Todo cuerpo iluminado absorbe todas o parte de las ondas electromagnéticas y
refleja las restantes.
Las ondas reflejadas son analizadas
por el ojo e interpretadas cómo
colores según las longitudes de
onda correspondientes
Los colores complementarios son aquellos que, en el espectro, se encuentran justo
uno frente al otro. Se obtiene mediante la contraposición de un primario con un color
secundario formado por los otros dos primarios.
Así, el complementario del verde es el rojo, el del azul es el naranja y del amarillo el
morado.

17. Mecanismo de la visión
La RETINA recibe las impresiones
luminosas y las transmite al
cerebro.
Está constituida por:
CONOS, unas células sensibles a
la intensidad de la luz y a la visión
de los colores, y
BASTONES, células que detectan
el blanco y el negro y los distintos
tonos del gris.

18. Mecanismo molecular de la visión
hν
H3 C CH3 CH3 H3 C CH3 CH 3 CH3 H
O
CH 3 H 3C CH 3
11-ci s retinal H O todo-tr ans retinal
H. K. Hartline, Premio Nobel, 1967

19. Color y mecanismo de la visión

20. El color y la estructura de las moléculas
Hidrógeno (H) β-CAROTENO (C40H56)
Carbono (C)

21. Hidrógeno (H) CLOROFILA (C55H72MgN4O5)
Oxígeno (O)
O
Nitrógeno (N) Magnesio (Mg) N
N
Mg
Carbono (C) N
N
O
O
O
O
O

22. La Química y la vida: DNA

23. La Química y la vida: Proteínas
Estructura Primaria Estructura Secundaria
5 10 15 20 25 30
1 A A S X D X S L V E V H X X V F I V P P X I L Q A V V S I A
31 T T R X D D X D S A A A S I P M V P G W V L K Q V X G S Q A
61 G S F L A I V M G G G D L E V I L I X L A G Y Q E S S I X A
hélice α
91 S R S L A A S M X T T A I P S D L W G N X A X S N A A F S S
121 X E F S S X A G S V P L G F T F X E A G A K E X V I K G Q I
151 T X Q A X A F S L A X L X K L I S A M X N A X F P A G D X X
181 X X V A D I X D S H G I L X X V N Y T D A X I K M G I I F G
211 S G V N A A Y W C D S T X I A D A A D A G X X G G A G X M X
241 V C C X Q D S F R K A F P S L P Q I X Y X X T L N X X S P X
271 A X K T F E K N S X A K N X G Q S L R D V L M X Y K X X G Q
301 X H X X X A X D F X A A N V E N S S Y P A K I Q K L P H F D
lámina β
331 L R X X X D L F X G D Q G I A X K T X M K X V V R R X L F L
361 I A A Y A F R L V V C X I X A I C Q K K G Y S S G H I A A X
391 G S X R D Y S G F S X N S A T X N X N I Y G W P Q S A X X S
421 K P I X I T P A I D G E G A A X X V I X S I A S S Q X X X A
451 X X S A X X A
Estructura Terciaria Estructura Cuaternaria
Subunidad de
hemoglobina
×4
Tetrámero de
hemoglobina

24. La Química y la vida: DNA
Diario “El País”, 13 de julio de 2008
Oxitocina (hormona del sistema nervioso periférico, “hormona del amor”)

25. La Química y la salud
H
O N
CH3
F
F3 C
OH OH O
N O Ca
Fluoxetina (“Prozac”)
H
N
NH2 CH3
O
N
N
2 OH
S
Atorvastatin (“lipitor”) H 3C N
Timina (Vitamina B1)HO
O
H
N
O CH3
CO2H
Ácido acetilsalicílico
HO
(“aspirina”)
OH
Adrenalina (Epinefrina)
Hormona

26. Química y salud.
La Química en las noticias.
Diario “Público”, 14 de abril de 2008
HO O
O
O
O
H
Simvastatina

28. Investigación en Química Médica
Propiedades: Actividad biológica
Herradón, IQOG, CSIC

29. Cristales líquidos
R. Pleixats y col. Universidad Autónoma de Barcelona

30. Estados físicos de la materia
Gaseoso
Líquido
Sólido (amorfo o cristalino)
El estado físico depende de la estructura molecular y
de las interacciones entre moléculas
(interacciones intermoleculares)
Implicación en las propiedades físicas y tecnológicas
Estados intermedios de la materia: Cristal líquido

31. Estructuras cristalinas.
Interacciones intermoleculares.
Diamante Escapolita Grafito

32. Estructuras cristalinas.
Interacciones intermoleculares.

33. Estructuras cristalinas.
Interacciones intermoleculares.
Triclínico Monoclínico Ortorrómbico
Hexagonal Tetragonal Cúbico Romboédrico

34. Estado físico, dependiente de las
interacciones entre moléculas.
Carbono (C)
CARBÓN ACTIVO (C)
Diamante
Grafito

35. Diseño de compuestos con propiedades
tecnológicas. Ingeniería cristalina.
Propiedades electrónicas
CN S S
NC
NC CN S S
TCNQ TFF
Alves et al.
Nature Materials, 2008

36. Propiedades tecnológicas:
Fullerenos y nanotubos de carbono
Propiedades
Eléctricas:Semiconductores o Superconductores
Mecánicas: Son muy resistentes a la tensión y
presentan una elevadad elasticidad
Térmicas: Buenos conductores térmicos a lo largo
del tubo y aislantes a través de la pared
Vista de nanotubos al microscopio electrónico
Aplicaciones
Supercondensadores
Células solares
Almacenamiento de hidrógeno
Electrónica
Biomedicina
Industria aerospacial
Agentes adsobentes,…

37. Propiedades tecnológicas:
Polímeros conductores.
* NH *
n
Polianilina
Polímero conductor eléctrico
A. J. Heeger, A. G. MacDiarmid, H. Shirakawa, Premio Nobel, 2000
Algunas aplicaciones:
Baterías eléctricas.
Biomedicina: músculos y nervios artificiales.
Sensores.
Espejos inteligentes.
Filtros ópticos.
Recubrimientos anticorrosión.
Membranas para la depuración de aguas.

38. La Química en las noticias:
Baterías eléctricas

39. Resolución del problema energético.
Economía basada en el hidrógeno.
Almacenaje de H2.
Covalent Organic Frameworks as Exceptional Hydrogen Storage Materials
W. A. Goddard III y col. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11580
Carbono (gris), boro (naranja), oxígeno (rojo), silicio (azúl).

40. La Química en las noticias:
Producción de energía
Nota de prensa del CSIC, 17 de octubre de 2007

41. Química y Medio Ambiente
Cuantificación de sustancias químicas en el ambiente.
Determinación de la toxicidad de compuestos químicos y
descubrir el mecanismo de acción biológica (en colaboración con biólogos).
Diseño y síntesis de compuestos químicos con actividad biológica
beneficiosa (en la dosis adecuada) que puedan paliar los efectos de otros
agentes tóxicos.
Desarrollo de procesos industriales que sean más
respetuosos con el medioambiente (Química Verde).
Investigación en procesos de generación de “energía limpia”.
Investigación de procesos físicos y químico-físicos de
separación selectiva de sustancias tóxicas.
Diseño e implantación de rutas químicas para el tratamiento de residuos.

42. Química Ambiental
B. Jiménez, IQOG, CSIC

43. Toxicología
Bry Br x Cly Clx
PBB PCB
x, y = 1-5
Br Br Br Br Cl Cl Cl Cl
Br Br Cl Cl PBB-209 PCB-209
Br Br Br Br Cl Cl Cl Cl
PBB-209 PCB-209
Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl
Cl Cl Cl Cl
PCB-126 PCB-169
PCB-126 PCB-169
Chem. Res. Toxicol. 2008, 21, 643
B. Herradón, IQOG, CSIC; J. M. Navas, INIA

44. Química y Medio Ambiente

45. Química y Medio Ambiente
Compuestos químicos que almacenan dióxido
de carbono (CO2).
Science 2008, 319, 939
Zeolitas modificadas con derivados del imidazol

46. Química y Medio Ambiente
Zeolitas on alta capacidad para almacenar dióxido de carbono
(CO2).
Science 2008, 319, 939

47. La Química y la vida cotidiana
Alimentos: Aditivos, conservantes, edulcorantes.
Protección de las cosechas.
Potabilización de aguas.
Insecticidas.
Artilugios de uso diario: celofán, pinturas, tinta, papel, etc.
Y muchísimas más aplicaciones………

48. La Química y la vida cotidiana:
Alimentos.
SACAROSA (C12H22O11 )
CH 2OH
Hidrógeno (H) O H CH2OH
H CH 2OH
O
H
H H OH
Oxígeno (O)
OH
O
OH H
OH H
H OH
Carbono (C)

49. La Química y la vida cotidiana:
Edulcorantes.
SACARINA (C7H5O3NS)
Hidrógeno (H)
Oxígeno (O)
Nitrógeno
(N)
Carbono (C)
Azufre (S)
O
N H
S
O
O

50. La Química y la vida cotidiana:
Edulcorantes.
Aspartamo
O
H 2N OCH3
N
H
O
CH 3O
O

51. La Química y la vida cotidiana:
Lentes de contacto.
O R R R R
Polimerización
O
n
PMMA, R = CO2 CH3

52. Química y Deporte
“más rápido, más alto, más fuerte” Desarrollo de materiales
(Pierre de Coubertin) (Química)
INSTALACIONES DEPORTIVAS
Gradas, Cubiertas, Pavimentos
y Superficies deportivas
Velocidad
MATERIALES DEPORTIVOS
Precisión Protección y Seguridad

53. Química y Deporte
“más rápido, más alto, más fuerte” Desarrollo de materiales
(Pierre de Coubertin) (Química)
CONTROL DE DOPAJE
AUMENTO DEL RENDIMIENTO
• Mejor conocimiento del
funcionamiento del organismo
• Entrenamientos específicos
• Dietas adecuadas
SALUD DE LOS DEPORTISTAS
• Calmantes de administración tópica
• Materiales para prótesis
Díez-Masa, de Frutos, IQOG, CSIC

54. Utilidad de la investigación básica
en Química
La espectroscopía infrarroja: herramienta de análisis y
caracterización estructural

55. Utilidad de la investigación básica
en Química
La espectroscopía infrarroja ayuda a los astrofísicos
Publicado en ABC, 24 de marzo de 2008

56. Utilidad de la investigación básica
en Química

57. Utilidad de la investigación básica
en Química

58. Los avances de la Química y su
impacto en la sociedad
HAY QUE TENER VOCACIÓN PARA DEDICARSE
A LA INVESTIGACIÓN Y ESTAR DISPUESTO A
SEGUIR UNA CARRERA CREATIVA.
LA CARRERA CIENTÍFICA ES MUY DIVERTIDA.
CADA DÍA NOS ENFRENTAMOS A LO DESCONOCIDO.
VAMOS PROGRESANDO EN EL CONOCIMIENTO.

59. 1er curso de divulgación:
Los Avances de la Química y
su Impacto en la Sociedad
Dirigido por Bernardo Herradón
y Carlos Miranda
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