Se dice que la química estudia en primer lugar, la constitución de la materia, en segundo lugar, las transformaciones de la materia y finalmente estudia la energía involucrada en esas transformaciones. Hemos revisado sucintamente la constitución de la materia y algunas de sus transformaciones. Aquí abordamos a vuelo de pájaro los cambios de energía presentes en los procesos imbricados en la solubilidad (limpieza y adhesividad), alteración y deterioro de los materiales que constituyen el Patrimonio Cultural. El propósito es que entiendas que los procesos de alteración y deterioro, por un lado, espontáneos y parte de ciclos naturales, y por otro lado que son irreversibles desde el punto de vista termodinámico.

1. Termodinámica aplicadaTermodinámica aplicada
a la restauracióna la restauración
yy
Ciclos naturalesCiclos naturales

2. RecordandoRecordando
Para organizar nuestro aprendizaje acerca delPara organizar nuestro aprendizaje acerca del
objeto cultural y su conservación-restauración,objeto cultural y su conservación-restauración,
abordamos en primer términoabordamos en primer término los materialeslos materiales
que conforman el patrimonio cultural.que conforman el patrimonio cultural.
En segundo lugar tratamos acerca de losEn segundo lugar tratamos acerca de los nivelesniveles
de conocimientode conocimiento o como se estudian esoso como se estudian esos
materiales que conforman el patrimonio.materiales que conforman el patrimonio.
En tercer lugar estánEn tercer lugar están los procesoslos procesos que siguenque siguen
cada uno de estos materiales a lo largo de sucada uno de estos materiales a lo largo de su
existencia, desde que son producidos en laexistencia, desde que son producidos en la
naturaleza o en el laboratorio o industria hasta quenaturaleza o en el laboratorio o industria hasta que
se degradan totalmente a elementos básicos quese degradan totalmente a elementos básicos que
reinician un nuevo ciclo de compuestos en lareinician un nuevo ciclo de compuestos en la
naturalezanaturaleza

3. 1.- Materiales que conforman el Patrimonio Cultural1.- Materiales que conforman el Patrimonio Cultural

4. PIEDRA POMEZPIEDRA POMEZ
MACRO MICROMACRO MICRO COMP. QUIMICACOMP. QUIMICA
Compuesto de dióxido
de sílicio y trióxido de
aluminio, entre otros
componentes:
71% de SiO2, 12.8%
de Al2O3, 1.75% de
Fe2O3, 1.36% de
CaO, 3.23% de
Na2O, 3.83% de K,
3.88% de H2O.
2.- Niveles de conocimiento

6. La químicaLa química
La química estudia:La química estudia:
La constitución de la materiaLa constitución de la materia
Las transformaciones que seLas transformaciones que se
producen o llevan a cabo en la materiaproducen o llevan a cabo en la materia
La energía involucrada en losLa energía involucrada en los
procesos o termodinámicaprocesos o termodinámica

7. Leyes de la TermodinámicaLeyes de la Termodinámica
Cero.- la temperatura tiene sentido oCero.- la temperatura tiene sentido o
dirección: fluye de un lugar masdirección: fluye de un lugar mas
caliente a uno menos caliente.caliente a uno menos caliente.
1.1.La energía no se crea ni se destruyeLa energía no se crea ni se destruye
solo se transformasolo se transforma

8. Leyes de la TermodinámicaLeyes de la Termodinámica
2.2. La entropía del universo va enLa entropía del universo va en
aumentoaumento
3.3. La temperatura cero no se puedeLa temperatura cero no se puede
lograrlograr
A partir de estos principios se hanA partir de estos principios se han
establecido las características yestablecido las características y
procesos de la materia y el finprocesos de la materia y el fin
último del universoúltimo del universo

9. Termodinámica y procesos espontáneosTermodinámica y procesos espontáneos
 Des de el punto de vistaDes de el punto de vista
termodinámico se dice que un procesotermodinámico se dice que un proceso
es espontáneo cuando se desarrolla sines espontáneo cuando se desarrolla sin
un aporte mensurable de energía,un aporte mensurable de energía,
sucede en “forma natural” por ejemplosucede en “forma natural” por ejemplo
el caso de un objeto que se deja caerel caso de un objeto que se deja caer
de cierta altura o la mezcla homogéneade cierta altura o la mezcla homogénea
que se obtiene cuando un poco de salque se obtiene cuando un poco de sal
de mesa se pone en contacto con aguade mesa se pone en contacto con agua
en un recipiente.en un recipiente.

10. La piedra regresa a su nivel de
menor energía en forma natural
es decir en forma espontánea
Los iones que forman la
sal se dispersan en el
seno del agua en forma
espontánea

11. Procesos espontáneosProcesos espontáneos
La experiencia nos dice que están involucrados dos
factores distintos en los procesos que se llevan a
cabo en forma espontánea.
El más obvio es una disminución de la energía del
sistema. Generalmente es un proceso exotérmico,
para cumplir con la primera ley.
el caso de un objeto que se deja caer de cierta
altura como una piedra, la energía se transforma en
sonido y calor

12. Primer factor: tendencia de un sistema para
alcanzar la menor energía posible
 La combustión de un hidrocarburo es
un proceso espontáneo que genera
energía en forma de calor.
 C3H8(g)+5O2(g) 3CO2(g)+4H2O(l)
∆Hº = -2202 KJ
 Por eso los procesos espontáneos, en
general, son exotérmicos.

13. Procesos espontáneosProcesos espontáneos
Segundo factor: Procesos en los cuales el
desorden del sistema aumenta, se
incrementa la entropía (2da ley)
Es la razón por la que 2 disolventes similares se
mezclan o en general se produce el proceso de
disolución.
"Los procesos que son espontáneos en una
dirección no son espontáneos en la dirección
inversa"

14. 2do factor: Entropía2do factor: Entropía
 La entropía es uno de los conceptosLa entropía es uno de los conceptos
termodinámicos mas difíciles determodinámicos mas difíciles de
explicar para los profes y deexplicar para los profes y de
entender para los alumnos:entender para los alumnos:
– La entropía no se puede medir en formaLa entropía no se puede medir en forma
directa, pero se pueden medir susdirecta, pero se pueden medir sus
cambios o manifestacionescambios o manifestaciones

15. EntropíaEntropía
 La entropía es una propiedadLa entropía es una propiedad
termodinámica abstracta quetermodinámica abstracta que
representa algunas característicasrepresenta algunas características
intrínsecas de las sustanciasintrínsecas de las sustancias
relacionadas con la organización derelacionadas con la organización de
sus moléculas.sus moléculas.
 Se relaciona con el orden y elSe relaciona con el orden y el
desorden de los sistemas.desorden de los sistemas.

16. EntropíaEntropía
 Los sistemas naturales tienden,Los sistemas naturales tienden,
se comportan, dirigen susse comportan, dirigen sus
cambios, a una situación decambios, a una situación de
equilibrio y dicha situaciónequilibrio y dicha situación
corresponde al máximo decorresponde al máximo de
entropía. (Desorden)entropía. (Desorden)
 Los sistemas tienden al máximoLos sistemas tienden al máximo
desorden para lograr su equilibrio.desorden para lograr su equilibrio.

17. EntropíaEntropía
 En el tema de disolución vimos unEn el tema de disolución vimos un
esquema que nos muestra los cambiosesquema que nos muestra los cambios
de energía: se requiere energía parade energía: se requiere energía para
separar las moléculas de disolvente,separar las moléculas de disolvente,
más energía para separar las partículasmás energía para separar las partículas
del soluto y mantenerlas separadas. Ladel soluto y mantenerlas separadas. La
fuerza impulsora al final del proceso esfuerza impulsora al final del proceso es
el desorden, el aumento de la entropíael desorden, el aumento de la entropía
del sistema. Las partículas de solutodel sistema. Las partículas de soluto
ahora tienen mucho más espacio paraahora tienen mucho más espacio para
moversemoverse

18. Disolvente + Soluto
Partículas
separadas de
Disolvente
Partículas
separadas de
Soluto
DISOLUCIÓN
Disolvente
Part.
Separadas
del Soluto
Cambio de energía en elCambio de energía en el
proceso de disoluciónproceso de disolución
∆ H
∆ H
∆ H
AUMENTO DE
ENTROPÍA “S”

19. Evidencias de la entropíaEvidencias de la entropía
 Variación de presiones por variaciónVariación de presiones por variación
de temperatura -de temperatura - climaclima
 Cuanto sea mayor la diferencia de TCuanto sea mayor la diferencia de T
mejor funciona una máquina, asímejor funciona una máquina, así
una caldera de un barco o un tren.una caldera de un barco o un tren.
 La caída de las redes de cómputo.La caída de las redes de cómputo.
 El deterioro espontáneo de unaEl deterioro espontáneo de una
construcción sin mantenimiento.construcción sin mantenimiento.

20. Ciclos naturalesCiclos naturales
 Lo permanente en la creación oLo permanente en la creación o
naturaleza es el cambio. Este cambionaturaleza es el cambio. Este cambio
está promovido por las leyes de laestá promovido por las leyes de la
termodinámica, es decir por lostermodinámica, es decir por los
flujos de calor y la tendencia alflujos de calor y la tendencia al
desorden en el universo. En losdesorden en el universo. En los
sistemas locales como la tierrasistemas locales como la tierra
generan ciclos naturales. El ciclo delgeneran ciclos naturales. El ciclo del
agua es un buen ejemplo de estoagua es un buen ejemplo de esto
donde el calor del sol inicia eldonde el calor del sol inicia el
proceso con la evaporación.proceso con la evaporación.

22. Ciclos naturales en el Patrimonio CulturalCiclos naturales en el Patrimonio Cultural
 Todos los materiales de los que estáTodos los materiales de los que está
constituido el Patrimonio cultural, formanconstituido el Patrimonio cultural, forman
parte de ciclos naturales. Así la madera departe de ciclos naturales. Así la madera de
una escultura o el papel de un documentouna escultura o el papel de un documento
están constituidos por fibras de celulosaestán constituidos por fibras de celulosa
que son cadenas poliméricas de glucosaque son cadenas poliméricas de glucosa
(C(C66HH1212OO66) que procede de la fotosíntesis) que procede de la fotosíntesis
de las plantas verdes a partir de COde las plantas verdes a partir de CO22 concon
el agua y la luz del sol.el agua y la luz del sol.

23. Ciclos naturalesCiclos naturales
 Por lo tanto, en una visión extrema, losPor lo tanto, en una visión extrema, los
elementos químicos que componen unaelementos químicos que componen una
pieza de papel o de madera continúan unpieza de papel o de madera continúan un
proceso cíclico de retorno a su estado masproceso cíclico de retorno a su estado mas
estable como COestable como CO22 y agua, ya sea pory agua, ya sea por
reacción directa con el oxígeno (oxidación)reacción directa con el oxígeno (oxidación)
catalizado por la luz y la temperaturacatalizado por la luz y la temperatura
ambientes o promovido por factoresambientes o promovido por factores
biológicos como microorganismos o labiológicos como microorganismos o la
contaminación. Como se puede ver acontaminación. Como se puede ver a
continuación en el ciclo del carbonocontinuación en el ciclo del carbono

25. Ciclo del CarbonoCiclo del Carbono
El ciclo del carbono y el oxígeno paraEl ciclo del carbono y el oxígeno para
sistemas vivos, en fórmulas químicassistemas vivos, en fórmulas químicas
se representa así:se representa así:
COCO22+H+H22O+energíaO+energía  CC66HH1212OO66+O+O22
F o t o s í n t e s i sF o t o s í n t e s i s
CC66HH1212OO66+O+O22  COCO22+H+H22O+energíaO+energía
R e s p i r a c i ó nR e s p i r a c i ó n
proceso termodinámicamente espontáneoproceso termodinámicamente espontáneo

26. El oxígeno:
El Oxígeno esta presente en la tierra con la
siguiente composición:
89% del agua por unidad de masa,
20.9% del volumen del aire,
50% de la masa de la arena, barro, piedras
calizas y rocas volcánicas que forman la
mayor parte de la corteza terrestre

27. El oxígeno:
 El oxígeno es el elemento más
electronegativo de la tabla periódica
después del flúor por lo que reacciona con
todos los demás elementos.
 La diferencia es que la abundancia del
flúor en la tierra es de sólo 0.065%
mientras que el oxígeno alcanza casi el
50% en forma global.

29. El oxígeno:
 Los compuestos que contienen
enlaces O-O y oxígeno en estado de
oxidación -1, reciben el nombre de
peróxidos.
 Los no metales forman óxidos
covalentes como SO2 o NO3

30. El oxígeno:
 La mayoría de las moléculas simples,
con bajos puntos de fusión y
ebullición, SiO2 y B2O3 forman
polímeros.
 La mayoría de los óxidos no
metálicos se combinan con H2O para
formar oxácidos o anhídridos ácidos
 SO2(g) + H2O(l) H2SO3(ac)
Anhidridos ácidos

31. El oxígeno:
 La mayoría de los óxidos metálicos
son iónicos y con la presencia de H2O
se transforman en hidróxidos
 BaO + H2O Ba(OH)2(ac)

32. El oxígeno:
 Los óxidos iónicos que son solubles
en H2O tienden a disolverse en
ácidos:
 Fe2O3(s) + 6H+
(ac) 2Fe3+
(ac) + 3H2O(l)

34. Ciclo del nitrógeno y del fósforoCiclo del nitrógeno y del fósforo
 El nitrógeno y el fósforo son parteEl nitrógeno y el fósforo son parte
importante de los aminoácidos queimportante de los aminoácidos que
constituyen las proteínas deconstituyen las proteínas de
animales y ser humano, así como elanimales y ser humano, así como el
ADN.ADN.

35. Ciclo del nitrógeno y del fósforoCiclo del nitrógeno y del fósforo
 De tal forma que en los ciclos queDe tal forma que en los ciclos que
siguen en forma natural las proteínassiguen en forma natural las proteínas
y el ADN estos elementos se oxidany el ADN estos elementos se oxidan
(degradan) hasta NO(degradan) hasta NO22 POPO33. Todos los. Todos los
materiales proteínicos como seda,materiales proteínicos como seda,
lana pergamino, etc. Siguen estoslana pergamino, etc. Siguen estos
ciclos.ciclos.
 Agentes biológicos se encargan deAgentes biológicos se encargan de
promover estos ciclos.promover estos ciclos.

38. Ciclo del hierroCiclo del hierro
 Este metal tiene lo que se dice unaEste metal tiene lo que se dice una
entalpia (entalpia (∆∆ΗΗ) de formación de menos) de formación de menos
822kj/mol o sea que tiene signo822kj/mol o sea que tiene signo
negativo. Esto quiere decir que senegativo. Esto quiere decir que se
requiere de toda esta energía pararequiere de toda esta energía para
obtener fierro laminado y porobtener fierro laminado y por
supuesto, una vez obtenido susupuesto, una vez obtenido su
tendencia será regresar al nivel mástendencia será regresar al nivel más
bajo de energía, es decir oxidarse.bajo de energía, es decir oxidarse.

39. Ciclo del HierroCiclo del Hierro
Feo + Fe2
O3
Metalurgia
extractiva
Pulverizado
Molido
Extracción
de la mina
Refinado
Laminado
E
N
E
R
G
I
A
Valor agregado (arte en
metal)
∆H=-822 Kj/mol

40. PROCESOS DE ALTERACIÓN Y DETERIORO
 Son procesos naturales, espontáneos e
irreversibles.
 Son procesos donde ∆G=∆H-T∆S siempre es (-).
es decir donde la energía interna (H) del sistema
disminuye y/o la entropía (S) aumenta.
 Los procesos de alteración y deterioro involucran
ciclos naturales promovidos por el medio
ambiente: luz, calor, lluvia, humedad, vientos,
contaminación, agentes biológicos.
 El medio ambiente actúa sobre los objetos,
principalmente oxidándolos.